Основным загрязнителем атмосферы является СО 2 , образующийся в результате сжигания органического топлива при выработке электроэнергии и тепла. Для комплексной оценки общей нагрузки на окружающую среду от строительства объектов жилищно-гражданского назначения необходимо оценить уровень вредного воздействия эмиссии углекислого газа (СО 2) в атмосферу на отдельных этапах жизненного цикла здания, а именно: производство строительных материалов, возведение объекта, эксплуатация, реконструкция и снос. В связи с обширностью данного вопроса, оценим уровень неблагоприятного воздействии на стадии эксплуатации, как наиболее продолжительного периода жизненного цикла, объектов строительства г. Красноярска.
Расчеты выбросов углекислого газа (СО 2) лучше всего поддаются контролю, поскольку они базируются на уравнении окисления углерода:
С + О 2 = СО 2
или в молярных массах: 12 + 2 * 16 = 12 + 16 * 2 = 44
Следовательно, на 12 молярных масс углерода приходится 44 массы двуокиси углерода. Соответственно, на одну молярную массу углерода приходится массы двуокиси углерода, т.е. на каждую сожженную тонну углерода выбрасывается или примерно 3,67 т двуокиси углерода.
Формулой для расчета выбросов СО 2 , образующегося при сжигании органического топлива за определенный период времени является формула (1):
– объем годового выброса СО 2 , т.;
– масса сожженного топлива, т.;
– низшая теплотворная способность данного вида топлива, ГДж.;
– коэффициент выбросов углерода для данного вида топлива т С/Гдж.;
– коэффициент фракции окисленного углерода для данного вида топлива;
– коэффициент преобразования углерода в диоксид углерода, равный 44/12, или 3,67.
При анализе вредного воздействия на этапе эксплуатации в расчетах используются различные виды топлива. В таблице 1 представлены, подготовленные Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), коэффициенты выбросов углерода, выделяемого при сжигании различных видов топлив , коэффициенты низшей теплотворной способности и удельной теплоты сгорания отдельных видов топлив.
Таблица 1.
Расчетные коэффициенты
|
Виды топлива |
Коэффициент выбросов С, т С/ГДж |
Фракция окисленного С |
Коэффициенты низшей теплотворной способности, ГДж/ед |
Удельная теплота сгорания, КДж/кг |
|
|
Уголь каменный |
|||||
|
Уголь бурый |
|||||
|
Брикеты угольные |
|||||
|
Природный газ |
|||||
|
Дизельное топливо |
Подставив данные в формулу (1) получаем результаты по объемам выбросов двуокиси углерода при сжигании 1 т топлива (табл. 2).
Таблица 2.
Количество выбросов СО 2 в атмосферу при сжигании топлива
|
Виды топлива |
Объем топлива |
Объем выброса СО 2 , т |
|---|---|---|
|
Уголь каменный |
||
|
Уголь бурый |
||
|
Брикеты угольные |
||
|
Природный газ |
||
|
Дизельное топливо |
Объем топлива, требуемого для отопления жилого дома определяется по формуле (2):
где – количество выделившейся теплоты (МДж),
q - удельная теплота сгорания, табл. 20 (МДж/кг),
m - масса сгоревшего топлива (кг).
На основании полученных данных можно оценить нагрузку на окружающую среду от эксплуатации данного объекта недвижимости за весь расчетный период по формуле (3):
, (3)
где – общий объем выброса СО 2 , т.;
Q co2 – объем годового выброса СО 2 , т.;
m – масса сгоревшего топлива, т.
В работе проведена оценка нагрузки на окружающую среду от эксплуатации следующих объектов жилищно-гражданского назначения:
- Многоэтажный жилой дом №12 в микрорайоне «Белые росы» в районе Абаканской протоки, жилого района «Пашенный», Свердловского района г. Красноярска (далее – Объект №1):
- 24-этажное здание;
- конструктивное решение – кирпичное;
- Комплекс многоэтажных жилых домов 5-го микрорайона жилого района «Нанжуль-Солнечный» по адресу: г. Красноярск, жилой массив индивидуальной застройки «Нанжуль-Солнечный», уч. №ХХI. Жилой дом №6 (далее – Объект №2):
- 10-этажное здание;
- каркасное конструктивное решение;
- класс энергетической эффективности – В «Высокий».
- 1-й квартал V микрорайона жилого массива «Слобода Весны». IV очередь строительства: 5 этап - многоэтажный жилой дом №4.2 со встроенными нежилыми помещениями и инженерным обеспечением (далее – Объект №3):
- 26-этажное здание;
- конструктивное решение – монолитно-каркасное;
- класс энергетической эффективности – В «Высокий».
- 1-й квартал V микрорайона жилого массива «Слобода Весны». IV очередь строительства: 4-й этап - многоэтажный жилой дом №4.3 со встроенными нежилыми помещениями и инженерным обеспечением», почтовый адрес - г. Красноярск, ул. 9 Мая, 83 (далее – Объект №4):
- 26-этажное здание;
- конструктивное решение - монолитный железобетон с несущими поперечными и продольными стенами;
- класс энергетической эффективности – В «Высокий».
За расчетный период примем минимальный срок эксплуатации объектов жилищно-гражданского назначения – 50 лет.
Исходные данные принимаем согласно фактическим данным энергетического паспорта каждого объекта. Информация по потребности в тепловой энергии приведена в сводной таблице 3.
Таблица 3.
Расчетные характеристики энергетических паспортов
|
Обозначение и ед. изм. параметра |
Объект №1 |
Объект №2 |
Объект №3 |
Объект №4 |
|
|
Расход тепловой энергии за отопительный период |
|||||
|
Отапливаемая площадь |
A h , м 2 |
||||
|
Расход тепловой энергии за отопительный период на 1 м 2 |
q h y , |
На основании исходных данных по формуле (2) определим кол-во необходимого топлива на отопление помещений рассматриваемых объектов жилищно-гражданского назначения в течение расчетного периода - 50 лет (табл. 4).
Таблица 4.
Потребность в топливе для отопления объектов
|
Наименование расчетных параметров |
Объект №1 |
Объект №2 |
Объект №3 |
Объект №4 |
|
|---|---|---|---|---|---|
|
Уголь каменный |
|||||
|
Уголь бурый |
|||||
|
Брикеты угольные |
|||||
|
Природный газ |
|||||
|
Дизельное топливо |
На основании данных таблиц 2, 4 определим нагрузку на окружающую среду от эксплуатации объектов жилищно-гражданского назначения за весь расчетный период по формуле (3).
Т.к. рассматриваемые объекты недвижимости имеют различную площадь, для проведения сравнительной характеристики приведем полученные данные по выбросам СО 2 к единообразию, т.е. определим кол-во выделенного СО 2 за расчетный период на 1 м 2 , результаты представлены в таблице 6.
Таблица 6.
Объемы выбросов СО 2 от сжигания топлива на стадии эксплуатации объектов недвижимости за 50 лет на 1 м 2
|
Наименование расчетных параметров |
Объект №1 |
Объект №2 |
Объект №3 |
Объект №4 |
|
|
Уголь каменный |
|||||
|
Уголь бурый |
|||||
|
Брикеты угольные |
|||||
|
Природный газ |
|||||
|
Дизельное топливо |
Наибольшие теплопотери приходятся на объект №2 (рис.1) (Комплекс многоэтажных жилых домов 5-го микрорайона жилого района «Нанжуль-Солнечный» по адресу: г. Красноярск, жилой массив индивидуальной застройки «Нанжуль-Солнечный», уч. №ХХI. Жилой дом №6), в результате чего требуется больше энергии и топлива для отопления 1м 2 на протяжении периода эксплуатации объекта, и, как следствие, наибольшее количество выбросов двуокиси углерода в атмосферу.
Рисунок 1. Объем выделения СО 2 на стадии эксплуатации объектов недвижимости за 50 лет на 1 м 2
Таким образом, в результате проведенных расчетов наиболее экологически чистым топливом для отопления жилого дома является природный газ. При отоплении природным газом выделяется СО 2 почти в половину меньше от количества выделяемого СО 2 при отоплении бурым углем.
Список литературы:
- Белоусов, В. Н. Энергосбережение и выбросы парниковых газов (СО2): уче. пособие/ В. Н. Белоусов, С. Н. Смородин, В. Ю. Лакомкин. – Санкт –Петербург, 2014. – 53 с.
- ГОСТ Р 54257-2010. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования – Введ. 01.09.2011. – Москва: Стандартинформ, 2011. – 14 с.
- Жусип, Ж. А. Оценка загрязнения окрестностей города Алматы при сжигании угля [Электронный ресурс] / Ж. А. Жусип, А. В. Омарова // Научное сообщество студентов XXI столетия. – 2013. – № 12..
- РНД Методические указания по расчету выбросов парниковых газов от тепловых электростанций и котельных Введ. 2010. – Астана, 2010. – 15 с.
Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Из-за вредных выбросов в мире к концу 2017 году будет произведен 41 миллиард тонн углекислого газа
В 2017 году прогнозируется первый за четыре года рост мировых выбросов углекислого газа. Главной причиной ученые считают интенсивное потребление угля в Китае, который переживает бурный экономический рост.
Ученые пока не могут сказать определенно, будет ли это повышение количества выбросов разовым, или с 2017 года начнется новая фаза роста.
По словам ученых, планета должна пройти пик до 2020 года, чтобы снизить риск глобального потепления в ближайшем столетии.
Организация Global Carbon Project с 2006 года анализирует и публикует данные о динамике выбросов углекислого газа.
Количество выбросов росло примерно на 3% в год, но затем с 2014 по 2016 год либо снижалось, либо оставалось на том же уровне.
Согласно последним данным, в 2017 году деятельность человека привела к тому, что выбросы по всему миру увеличились на 2%.
Пока нет данных о точном количестве выбросов, но все исследователи сходятся на том, что их количество растет.
"Уровень выбросов CO2 по всему миру демонстрирует уверенный рост после трех лет стабильности. Это очень печально", - говорит руководитель исследовательской группы, профессор Корин Ле Квере из Университета Восточной Англии.
"Деятельность человека приводит к тому, что к концу 2017 году будет произведен 41 миллиард тонн углекислого газа. У нас почти не остается времени, чтобы удерживать ежегодное глобальное потепление на уровне двух градусов Цельсия, не говоря уже о полутора градусах", - продолжает она.
Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Активное использование угля привело к тому, что количество углекислого газа в атмосфере впервые за четыре года начало растиВажнейшую роль в текущем повышении играет Китай. На его долю приходится 28% мировых выбросов. Из-за интенсивного использования угля уровень выбросов в стране вырос на 3,5% в 2017 году.
Еще одна причина заключается в том, что в китайских реках падает уровень воды. Из-за этого снижается количество энергии, которые вырабатывают гидроэлектростанции. Чтобы ликвидировать разницу, страна замещает недостаток энергии за счет использования газа и угля.
Выбросы, которые производит США, продолжают снижаться, но не так интенсивно, как ожидалось изначально.
Из-за повышения цен на природный газ и электричество их потребление упало или было частично заменено возобновляемыми источниками энергии.
Потребление угля в США также выросло в этом году, но незначительно - всего на полпроцента.
По прогнозам, выбросы, которые производит Индия, в этом году вырастут на 2%. Это существенно ниже, чем за последнее десятилетие, в течение которого средний рост ежегодно составлял около 6%.
Тем не менее, эксперты уверены, что это может оказаться временным колебанием, вызванным несколькими факторами, затрудняющими использование нефти и цемента в стране.
Пора действовать
В Европе снижение также идет медленнее, чем прогнозировалось. В 2017 году падение составило только 0,2% при среднем показателе 2,2% за десять лет.
По словам профессора Ле Квере, самой острой темой по всему миру остается использование газа и нефти.
"Потребление угля то повышается, то снижается, при этом в использовании газа и нефти нет заметных изменений. И это достаточно тревожно", - объясняет она.
Правообладатель иллюстрации Getty Images Image caption Ученые призывают не дожидаться вступления в силу Парижского соглашения, а менять в первую очередь национальную политику в области климатаДоклад ее исследовательской группы был представлен на Конференции ООН в Бонне, где обсуждаются будущие положения Парижского соглашения.
Ученые, которые работали над исследованием, утверждают, что необходимо действовать быстрее.
"Огромное количество дипломатов пытаются выработать новые правила. Но все это довольно бессмысленно, пока они не отправятся в свои страны и не предпримут решительные меры в климатической политике. Это самое слабое место сейчас", - говорит доктор Глен Питерс из Центра международных климатических исследований в Норвегии.
"Страны должны активнее развивать климатическую политику, но все, напротив, движется назад", - продолжает он.
Доклад, скорее всего, вызовет еще большее напряжение между развивающимися и развитыми странами.
Все больше недовольства вызывает тот факт, что основное внимание уделяется мерам, которые будут приняты в рамках Парижского соглашения в будущем. До этого момента не предусмотрено практически ничего.
Развивающиеся страны ожидают, что их развитие партнеры ужесточат ограничения выбросов углекислого газа в течение следующих трех лет.
"Климат не позволит нам ждать до 2020 года, когда Парижское соглашение вступит в силу", - говорит представитель Никарагуа Пол Оквист.
"Изменения климата происходят прямо сейчас, и важно, чтобы сокращение выбросов стало главной темой обсуждения на этом саммите", - заключает он.
Средний уровень содержания углекислого газа в атмосфере нашей планеты в 2015 году впервые за время наблюдений достиг критической отметки в 400 долей на миллион, сообщила Всемирная метеорологическая организация.
Критический уровень содержания диоксида углерода зафиксировала станция мониторинга воздуха, расположенная на Гавайях.
По словам метеорологов, в последний раз уровень содержания СО2 в атмосфере Земли регулярно поднимался выше 400 долей на миллион в период от трех до пяти миллионов лет назад.
Как предполагают эксперты, содержание углекислого газа в атмосфере не опустится ниже 400 долей на миллион в течение всего 2016 года, а возможно, что и в ближайшие десятилетия.
Что это означает для нас с вами?
Ведущий программы «Пятый этаж» Александр Баранов обсуждает тему с директором программы «Климат и энергетика» Всемирного фонда дикой природы Алексе ем Кокорин ым и старшим научным сотрудником Института экологии растений и животных уральского отделения Российской академии наук Евгени ем Зиновьев ым.
Александр Баранов: 400 частей на миллион для простого человека, который не разбирается в климатических вопросах, но зато учил арифметику в школе, это очень мало. Так же мало, как 200, 100 или 500. Особенно, когда речь идет о газе без цвета и запаха. Почему вдруг так переполошились ученые?
Алексей Кокорин: CO2 - это один из газов, создающих парниковый эффект, второй после водяного пара, и главный газ, на концентрацию которого в атмосфере оказывает влияние человек.
И то, что человек не оказывает влияние на содержание водяного пара, не сильно облегчает дело, потому что влияние на содержание CO2 велико, и изотопным анализом доказано, что этот CO2 именно от сжигания топлива. Это много.
Число очень маленькое, но это на 30% больше, чем 50-60 лет назад. А до этого уровень был постоянен в течение долгого времени, имеются данные прямых измерений.
А. Б. :Ученые сейчас согласны с тем, что CO2 влияет на изменение климата, а не наоборот? Какое-то время назад некоторые ученые говорили, что на рост выброса углекислого газа влияет нагревание океана. А человек, по сравнению с океаном, выбрасывает намного меньше CO2 в атмосферу. Каков сейчас консенсус по этому поводу?
А. К. : Консенсус практически полный. Я упомянул изотопный анализ, потому что в прошлом, и это тоже доказано, сначала менялась температура, а потом концентрация CO2.
Евгений Зиновьев : Я не климатолог, я палеонтолог. У нас в институте мы наблюдаем на севере, в Арктике, повышение как содержания CO2, и это показано нашими коллегами дендрохронологами, так и сопутствующие изменения - это наступление границы леса. У нас проводится мониторинг ландшафтов северной части Западно-Сибирской равнины и Полярного и приполярного Урала, и на протяжении последних сорока лет северная граница леса смещается к северу.
Это еще не достигает границ, которые были в климатический оптимум голоцена, когда древесная растительность достигала среднего Ямала, но процесс идет в том направлении и опосредованно связан с потеплением климата. Древесные растения занимают постепенно территории, от которых они когда-то отступили.
То потепление, которое мы сейчас наблюдаем - не самое значительное, сейчас не самый теплый климат. Я могу сравнивать с недавним геологическим прошлым - последние 130-140 тысяч лет. Этот период называется Микулинское межледниковье, и тогда растения и теплолюбивые животные продвигались к северу гораздо дальше, чем сейчас.
В наше время, по объективным данным, пока еще такие уровни не достигнуты. Но то потепление было очень кратковременным, всего около 5 тысяч лет. Потом оно сменилось похолоданием, потом опять потеплением, и потом наступил длительный холодный период, зырянское оледенение, которое тоже делилось на более теплые и более холодные эпохи. Тогда начал формироваться скандинавский ледниковый щит.
А. Б. :То есть вы говорите о похолодании в Средневековый период?
Е. З. : Это вы говорите про исторические времена, а я имею в виду более ранние границы. Это поздний плейстоцен.
А. Б. :А какие выводы из этого делать нам, неспециалистам? Противники теории глобального потепления, вызванного человеческой деятельностью, говорят, что мы просто находимся в периоде определенного цикла и с этим связаны различные колебания концентрации CO2.
Углекислый газ - пища для растений. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, выделяют в атмосферу кислород, и чем выше содержание углекислого газа, тем активнее растения начинают его потреблять и тем быстрее они растут.
Е. З. : Развития древесной растительности не наблюдается, наоборот. В Северной Америке, южной Европе леса горят, лесная растительность деградирует, идет аридизация, осушение климата. Легкие планеты сокращаются.
А. Б. :А почему это происходит? По идее, они должны расширяться?
Е. З. : Климат - многовекторная система, могут быть разные факторы, которые мы не всегда можем учитывать. Существует точка зрения, что начнут таять ледники, что связано с потеплением климата, а это происходит.
Деградирует и Гренландский ледниковый щит, и в Арктике то высвободившееся большое количество пресной воды может изменить направление движения Гольфстрима. Тогда эта печка для Европы перестанет обогревать север Европы, и там снова начнется образование ледников. Это будет очень плохо.
Резкое потепление может дать толчок резкому похолоданию. Ледниковая шапка аккумулирует воду, начинается иссушение климата. Исчезают сплошные леса, образуются редкостойные леса. Климат становится сухой, холодный, континентальный, и он таким становится не только в Сибири, но и в Европе тоже.
Все очень сложно и взаимосвязано. Я не стал бы это упрощать, надо учитывать и современный фактор - увеличение выбросов CO2, связанное с промышленной деятельностью человека, с наличием большого количества производств, машин и так далее - с этим не поспоришь. Особенно в крупных мегаполисах, где сосредоточены большие производства.
Но другой вопрос, какие последствия это будет иметь. Человечество привыкло жить в определенных комфортных условиях. Если начнется увеличение или уменьшение уровня мирового океана, то начнутся катастрофы. Их может спровоцировать антропогенное воздействие. Человечество не настолько мало, чтобы не влиять на природную обстановку. Оно стало геологическим фактором, а не только биологическим, оно меняет более фундаментальные вещи в биосфере, в земной коре.
А. Б. :Допустим, человечество сможет сократить выброс CO2. Но это лишь один из факторов, и не самый большой. Может ли это что-то изменить, привести к какому-то резкому улучшению ситуации?
А. К. :Очень важно, с точки зрения физики атмосферы и океана, понимать, что происходит. Происходят два процесса: это процесс естественной изменчивости климата - солнце, самое наглядное, сложные периодические процессы в океане, Атлантическом, Тихом.
Есть и более изученные вещи - перетоки тепла из атмосферы в океан и обратно, которые носят цикличный характер. Эти циклические процессы накладываются на постоянное воздействие, которое носит линейный характер.
За XXI век ожидается повышение температуры в лучшем случае на два градуса, но реально - на три или три с половиной. И при этом циклически будут происходит похолодания и потепления, причем потепления - гораздо быстрее. И совершенно не очевидно, что увеличение числа опасных гидрологических явлений при понижении температуры станет меньше.
А. Б. :Это очень сложно понять человеку, который не занимается этой проблемой и в основном смотрит научно-популярные передачи, где эти вопросы примитивизируются, упрощаются, но простые аргументы действуют на сознание простого человека, который смотрит на это со стороны.
Когда ему дают график изменения температуры в XX веке и говорят: смотрите, пока человек особенно не влиял на атмосферу, температура поднималась, а когда он начал влиять, когда индустриализация была более мощной после 1940 до 1970 года, когда ситуация должна была ухудшиться, мы наблюдали похолодание.
На основе таких графиков люди говорят, что человек на самом деле не влияет, есть какие-то более мощные факторы, не зависящие от нас. Поэтому разговоры про роль человека в глобальном потеплении - миф, за которым стоят те, кому это выгодно.
Е. З. : Начитает срабатывать кумулятивный эффект, воздействие человека идет по нарастающей. На каком-то этапе оно может не проявляться, но потом, по мере увеличения концентрации CO2, парниковых газов, оно рано или поздно проявляется фактически по всему земному шару. Как в развитых районах, так и на севере, в Арктике.
Антропогенный фактор накладывается на факторы астрономические, связанные с орбитой движения Земли, цикличность сильно проявляется и так далее. И когда все друг на друга накладывается, могут произойти совершенно непредсказуемые события.
И антропогенное воздействие будет все увеличиваться, даже если будут введены ограничения на производство и так далее. Очень много выпускается автомобилей, которые загрязняют атмосферу очень сильно. И другие факторы. Они никуда не уйдут.
А травяная и древесная растительность не увеличивается, а, наоборот, происходит деградация лесного покрова.
А. Б. :Но мы видели и сообщения другого рода, что в Бразилии вдруг начали расти леса Амазонки.
Е. З. : Это есть, но вы посмотрите, что в Америке творится? На юго-западе, в Калифорнии? Там массовые лесные пожары. Нужно время, чтобы после пожара лес восстановился. После пожара несколько лет проходит, прежде чем лес начинает подрастать. А где сухо, он просто перестает расти. Лес превращается в степь, пустыню и так далее.
А. Б. :Это серьезные факторы, но для обыденного сознания трудно это совместить с его собственной деятельностью. Можно придерживаться теории, что деятельность человека - это последняя капля, которая может перевесить экологический баланс на фоне более серьезных факторов. Но когда говорят, что есть такой фактор, как пятна на Солнце, активизация Солнца, который представляет собой мощный источник энергии, по сравнению с которым вся наша деятельность - мелочь, даже сравнивать невозможно.
Тоже показывают графики - когда Солнце активно, температура повышается, а когда менее активно - понижается, все это коррелируется. Потом говорят, что все зависит от того, по какой орбите Земля движется. Если орбита эллиптическая - становится холоднее. И когда все это человеку говорят, он думает: ну что по сравнению с такими космическими явлениями наши несчастные выбросы в атмосферу. Как можно убедить человека, что мы своими действиями можем этот баланс нарушить?
Е. З. :Надо как-то убеждать, потому что это действительно фактор не последний. Например, леса горят и без человека - сухие грозы и так далее. Но человеческая деятельность этому способствует. Каждый должен начинать с себя. Люди должны понимать, что от них многое зависит.
Один человек может сказать: я буду делать, что считаю нужным, все равно от меня ничего не зависит. Но людей - миллионы, и если каждый так будет считать, от этого лучше не будет. Косность человеческого мышления существует, к сожалению.
А. Б. :Как убедить человека, что его машина, на которой он проедет лишние пять километров, тоже влияет на климат, даже на фоне того, что Земля на эллиптической орбите, а не на какой-то другой?
А. К. : Российские климатологи, и не только российские, задумывались, как это наглядно показать. Вероятные реакции Солнца лет через 15-20 с высокой вероятностью снизят температуру на земном шаре примерно на 0,25 градуса. А антропогенное воздействие - как минимум на два градуса. Так же было и в 30-40 годы ХХ века.
И еще характерная вещь такая: прогреваются и стратосфера, и тропосфера. То есть у вас как бы пленка парниковая, и, если греется над пленкой и под пленкой, значит - лампочка стала греть сильнее. А если под пленкой греется, а над пленкой холодает - значит, пленка стала толще. Вот как-то так наглядно можно попытаться объяснить.
А. Б. :Вы допускаете вероятность, что мы действительно находимся между двумя ледниковыми периодами и что-то произойдет, и начнется похолодание на Земле?
Е. З. : Ваш вопрос говорит о том, что мы с коллегой говорим плохо. Безусловно, мы находимся между двумя ледниковыми периодами, тем, который закончился примерно 300 тыс. лет назад, и тем, который начнется через несколько тысяч лет - может быть 20, может быть, 100. Об этом мой коллега как климатолог знает лучше. Но это будет абсолютно точно. Мы говорим об иных временных масштабах. В этих масштабах влияние человека на глобальное потепление не может рассматриваться, это сотни тысяч лет.
А. Б. :То есть мы можем до этого похолодания не дожить?
Е. З. : К сожалению, точно не доживем до глобального похолодания, даже из наших правнуков никто не доживет. Будут ли периоды похолодания в течение XXI века? Да, наверное будут. Мы живем в эпоху наложения различных вариаций, в том числе солнечных, на глобальный тренд.
_____________________________________________________________
1 Человек и климат.
2 Введение.
Взаимосвязь между энергопотреблением, экономической деятельностью и поступлением
в атмосферу.Потребление энергии и выбросы углекислого газа.
3 Углерод в природе.
Изотопы углерода.
4 Углерод в атмосфере.
Атмосферный углекислый газ.
Углерод в почве.
5 Прогнозы концентрации углекислого газа в атмосфере на будущее. Основные выводы.
6 Список литературы.
Введение.
Деятельность человека достигла уже такого уровня развития, при котором её влияние на природу приобретает глобальный характер. Природные системы - атмосфера, суша, океан, - а также жизнь на планете в целом подвергаются этим воздействиям. Известно, что на протяжении последнего столетия увеличивалось содержание в атмосфере некоторых газовых составляющих, таких, как двуокись углерода (
), закись азота ( ), метан ( ) и тропосферный озон ( ). Дополнительно в атмосферу поступали и другие газы, не являющиеся естественными компонентами глобальной экосистемы. Главные из них - фторхлоруглеводороды. Эти газовые примеси поглощают и излучают радиацию и поэтому способны влиять на климат Земли. Все эти газы в совокупности можно назвать парниковыми.Представление о том, что климат мог меняться в результате выброса в атмосферы двуокиси углерода, появилось не сейчас. Аррениус указал на то, что сжигание ископаемого топлива могло привести к увеличению концентрации атмосферного
и тем самым изменить радиационный баланс Земли. В настоящие время мы приблизительно известно, какое количество поступило в атмосферу за счёт сжигания ископаемого топлива и изменений в использовании земель (сведения лесов и расширения сельскохозяйственных площадей), и можно связать наблюдаемое увеличение концентрации атмосферного с деятельностью человека.Механизм воздействия
на климат заключается в так называемом парниковом эффекте. В то время как для солнечной коротковолновой радиации прозрачен, уходящую от земной поверхности длинноволновую радиацию этот газ поглощает и излучает поглощённую энергию по всем направлениям. Вследствие этого эффекта увеличение концентрации атмосферного приводит к нагреву поверхности Земли и нижней атмосферы. Продолжающийся рост концентрации в атмосфере может привести к изменению глобального климата, поэтому прогноз будущих концентраций углекислого газа является важной задачей.Поступление углекислого газа в атмосферу
в результате промышленных
выбросов.
Основным антропогенным источником выбросов
является сжигание всевозможных видов углеродосодержащего топлива. В настоящее время экономическое развитие обычно связывается с ростом индустриализации. Исторически сложилось, что подъём экономики зависит от наличия доступных источников энергии и количества сжигаемого ископаемого топлива. Данные о развитии экономики и энергетики для большинства стран за период 1860-1973 гг. Свидетельствуют не только об экономическом росте, но и о росте энергопотребления. Тем не менее одно не является следствием другого. Начиная с 1973 года во многих странах отмечается снижение удельных энергозатрат при росте реальных цен на энергию. Недавнее исследование промышленного использования энергии в США показало, что начиная с 1920 года отношение затрат первичной энергии к экономическому эквиваленту производимых товаров постоянно уменьшалось. Более эффективное использование энергии достигается в результате совершенствования промышленной технологии, транспортных средств и проектирования зданий. Кроме того, в ряде промышленно развитых стран произошли сдвиги в структуре экономики, выразившиеся в переходе от развития сырьевой и перерабатывающей промышленности к расширению отраслей, производящих конечный продукт.Минимальный уровень потребления энергии на душу населения, необходимый в настоящее время для удовлетворения нужд медицины, образования и рекреации, значительно меняется от региона к региону и от страны к стране. Во многих развивающихся странах значительный рост потребления высококачественных видов топлива на душу населения является существенным фактором для достижения более высокого уровня жизни. Сейчас представляется вероятным, что продолжение экономического роста и достижение желаемого уровня жизни не связаны с уровнем энергопотребления на душу населения, однако этот процесс ещё недостаточно изучен.
Можно предположить, что до достижения середины следующего столетия экономика большинства стран сумеет приспособиться к повышенным ценам на энергию, уменьшая потребности в рабочей силе и в других видах ресурсов, а также увеличивая скорость обработки и передачи информации или, возможно, изменяя структуру экономического баланса между производством товаров и предоставлением услуг. Таким образом, от выбора стратегии развития энергетики с той или иной долей использования угля или ядерного топлива в энергетической системе будет непосредственно зависеть скорость промышленных выбросов
.Потребление энергии и выбросы
углекислого газа.
Энергия не производится ради самого производства энергии. В промышленно развитых странах основная часть вырабатываемой энергии приходится на промышленность, транспорт, обогрев и охлаждение зданий. Во многих недавно выполненных исследованиях показано, что современный уровень потребления энергии в промышленно развитых станах может быть существенно снижен за счёт применения энергосберегающих технологий. Было рассчитано, что если бы США перешли, при производстве товаров широкого потребления и в сфере услуг, на наименее энергоёмкие технологии при том же объёме производства, то количество поступающего в атмосферу
уменьшилось бы на 25%. Результирующее уменьшение выбросов в целом по земному шару при этом составило бы 7%. Подобный эффект имел бы место и в других промышленно развитых странах. Дальнейшего снижения скорости поступления в атмосферу можно достичь путём изменения структуры экономики в результате внедрения более эффективных методов производства товаров и усовершенствований в сфере предоставления услуг населению.Углерод в природе.
Среди множества химических элементов, без которых невозможно существование жизни на Земле, углерод является главным.Химические превращения органических веществ связаны со способностью атома углерода образовывать длинные ковалентные цепи и кольца. Биогеохимический цикл углерода, естественно, очень сложный, так как он включает не только функционирование всех форм жизни на Земле, но и перенос неорганических веществ как между различными резервуарами углерода, так и внутри них. Основными резервуарами углерода являются атмосфера, континентальная биомасса, включая почвы, гидросферу с морской биотой и литосферой. В течение последних двух столетий в системе атмосфера - биосфера - гидросфера происходят изменения потоков углерода, интенсивность которых примерно на порядок величины превышает интенсивность геологических процессов переноса этого элемента. По этой причине следует ограничиться анализом взаимодействий в пределах этой системы, включая почвы.
Основные химические соединения и реакции.
Известно более миллиона углеродных соединений, тысячи из которых участвуют в биологических процессах. Атомы углерода могут находиться в одном из девяти возможных состояний окисления: от +IV до -IV. Наиболее распространённое явление - это полное окисление, т.е. +IV, примерами таких соединений могут служить
и . Более 99% углерода в атмосфере содержится в виде углекислого газа. Около 97% углерода в океанах существует в растворённой форме ( . Элементарный углерод присутствует в атмосфере в малых количествах в виде графита и алмаза, а в почве - в форме древесного угля. Ассимиляция углерода в процессе фотосинтеза приводит к образованию восстановленного углерода, который присутствует в биоте, мёртвом органическом веществе почвы, в верхних слоях осадочных пород в виде угля, нефти и газа, захоронённых на больших глубинах, и в литосфере - в виде рассеянного недоокисленного углерода. Некоторые газообразные соединения, содержащие недоокисленный углерод , в частности метан, поступают в атмосферу при восстановлении веществ, происходящем в анаэробных процессах. Хотя при бактериальном разложении образуется несколько различных газообразных соединений, они быстро окисляются, и можно считать, что в систему поступает . Исключением является метан, поскольку он также влияет на парниковый эффект. В океанах содержится значительное количество растворённых соединений органического углерода, процессы окисления которых до известны ещё недостаточно хорошо.Что говорит наука...
Человечество производит в 100 раз больше СО2, чем вулканы.
Базовый уровень
В земле содержится огромное количество углерода, намного больше чем присутствует, по оценкам ученых, в атмосфере или в океанах. Часть этого углерода медленно высвобождается из горных пород в форме СО2 через вулканы и горячие источники, это является важной частью природного круговорота углерода. Согласно обзорам научных публикаций Moerner and Etiope (2002) и Kerrick (2001) , диапазон оценок эмиссии составляет от 65 до 319 млн. тонн в год. Противоречащие этому утверждения, что вулканы, особенно подводные, производят гораздо большие количества СО2, не основаны на каких-либо публикациях ученых, занятых этой темой.
Сжигание ископаемого топлива и изменения в землепользовании имеют своим результатом эмиссию примерно 30 миллиардов тонн углекислоты в год, согласно EIA . Эта величина примерно в 100 раз больше, чем максимальная оценка вулканической эмиссии. Наше понимание вклада вулканов в изменение концентрации СО2 в земной атмосфере будет очевидно ошибочным, если мы не признаем этот вклад весьма незначительным.
Вулканы могут влиять - и влияют - на климат во временном диапазоне порядка нескольких лет, но это происходит за счет выбросов сульфатных аэрозолей в верхние слои атмосферы во время больших извержений, происходящих спорадически каждое столетие.
Продвинутый уровень
Вулканы выделяют CO2 как на суше, так и под водой. Подводные вулканы выделяют от 66 до 97 миллионов тонн CO2 в год. Тем не менее, это уравновешивается поглощением углерода лавой, образующейся на дне океана. Следовательно, подводные вулканы мало влияют на уровень CO2 в атмосфере. Больший вклад вносят субаэральные вулканы (субаэральные значит «под воздухом», это отсылка к наземным вулканам). Субаэральные вулканы выделяют 242 миллиона тонн CO2 в год (Mörner and Etiope (2002)).
Люди в настоящее время выделяют около 29 миллиардов тонн CO2 в год (EIA). Выбросы CO2 человеком более чем в 100 раз превышают выбросы вулканического CO2. Это очевидно при сравнении уровней CO2 в атмосфере с вулканической активностью с 1960 года. Даже сильные извержения вулканов, такие как Пинатубо, Эль-Чикон и Агунг, оказали мало заметного влияния на уровни CO2. На самом деле, после извержения вулкана скорость изменения СО2 даже немного падает, возможно, из-за охлаждающего эффекта аэрозолей.
Рисунок 1: Уровни CO2 в атмосфере, измеренные на Мауна-Лоа, Гавайи (NOAA) (слева: СО2 в атмосфере, частей на миллион) и оптическая толщина стратосферного аэрозоля (справа) при 50 нм (NASA GISS).
Извержение горы Пинатубо выделило 42 миллиона тонн CO2 (Gerlach et al 1996). Сравните это с выбросами человека в том же 1991 году: 23 миллиарда тонн CO2 (CDIAC). Самое сильное извержение за последние полвека составило 0,2% выбросов CO2 человеком в этом году.
Перевод продвинутого уровня выполнен