Бизнес Ресурс

О некоторой пользе парниковых газов

Парниковый газ озон защищает нас от смертельного ультрафиолетового излучения Солнца, а водяной пар и углекислый газ защищают Землю от мощного потока солнечного тепла

2020-10-09 08:51

Парниковые газы присутствуют в атмосфере Земли вне зависимости от нашего желания или нежелания. На планете достаточно естественных природных источников каждого парникового газа, которые и образуют в совокупности с остальными компонентами естественную атмосферу Земли...

Благодаря такой атмосфере на Земле зародилась и сотни миллионов лет непрерывно существует жизнь.

Атмосфера Земли преимущественно состоит из азота (N₂) - 78,084% объема атмосферы, кислорода (O₂) - 20,9476% объема и аргона (Ar) - 0,934% объемных процента. В сумме - это составляет 99,9656% объема высушенного атмосферного воздуха, то есть без учета его влажности.

Содержание воды в атмосфере в данном случае не учитывается, поскольку влажность в зависимости от температуры воздуха может меняться в очень широких пределах.

То есть, почти на 100 процентов наша атмосфера состоит из азота, кислорода и аргона, которые парниковыми газами не являются. На все остальные газы, включая и парниковые, приходится всего 0,0344% объема атмосферы Земли.

Более подробно основной состав атмосферы Земли выглядит следующим образом:

Вещество	Обозначение	От объёма, %	От массы, %
Азот	N2	78,084	75,5
Кислород	O2	20,9476	23,15
Аргон	Ar	0,934	1,292
Углекислый газ	CO2	0,03	0,046
Неон	Ne	0,001818	0,0014
Криптон	Kr	0,000114	0,003
Метан	CH4	0,0002	0,000084
Гелий	He	0,000524	0,000073
Водород	H2	0,00005	0,00008
Ксенон	Xe	0,0000087	0,00004

В таблице представлен состав атмосферы Земли в процентах от объема атмосферы и в процентах от массы атмосферы планеты.

Таким образом, содержание в объеме атмосферы совокупности парниковых газов за исключением водяного пара - это всего чуть больше трех сотых (0,0344%) процента.

Основной парниковый газ в атмосфере Земли - это обычный углекислый газ (CO₂), который выдыхают все животные в том числе и человек. CO₂ - это продукт взаимодействия углерода с кислородом. Такая химическая реакция называется окислением углерода.

При окислении углерода выделяется большое количества энергии в виде тепла и света. Яркие примеры окислительных реакций с участием углерода - это процессы горения угля, древесины, торфа, бензина, природного газа или других веществ, содержащих углерод.

Реакции окисления углерода являются важным источником энергии для большинства живых организмов на Земле. И человек здесь - не исключение. Именно поэтому мы, как и остальные млекопитающие, вдыхаем кислород, а выдыхаем углекислый газ (CO₂), который образовался в результате окисления углерода в нашем организме.

Но если фауна - живая природа - в процессе своей жизнедеятельности производит углекислый газ, то флора - растительный мир - активно потребляет двуокись углерода, накапливая в себе разнообразные другие соединения углерода и высвобождая обратно в атмосферу кислород, который был связан в молекулах (CO₂).

Углерод - это очень редкий элемент таблицы Менделеева в том смысле, что он имеет свойство оборачиваться в живой природе Земли. Это его свойство так и называется "Круговорот углерода" или "Геохимический цикл углерода". В ходе этих циклов углерод накапливается в различных геологических формах - уголь, нефть, торф и другие. Углерод тысячелетиями сохраняется в виде замороженной органики в вечной мерзлоте. В атмосфере Земли углерод неоднократно образует устойчивые соединения с другими химическими элементами, а потом естественным путем восстанавливается в первозданном виде в ходе других химических реакций.

В сражении с выбросами парниковых газов - главный из которых углекислый газ - мы должны помнить, что снижая содержание CO₂ в атмосфере Земли, мы отбираем пищу у растительного мира нашей планеты.

В битве за сохранение биоразнообразия нашей природы, мы не должны забывать о том, что растительность, у которой мы отбираем пищу, тоже является частью этого биоразнообразия.

В борьбе со смертельными лесными пожарами мы должны понимать, что среди прочего перед нами горит и та растительность, которая преждевременно погибла и высохла из-за дефицита углекислого газа, который мы сами у неё и отобрали.

Но фауна и флора активно участвуют в круговороте углерода и углекислого газа в природе только до тех пор, пока они живы. Когда растения или животные погибают, они перестают усваивать - одни углекислый газ, другие - кислород. Но углеродный конвейер на этом не останавливается. В ход идут процессы разложения (гниения) органических останков былой флоры и фауны.

Здесь на авансцену геохимического цикла углерода выходят бактерии. Они перерабатывают богатые углеродом останки павших растений и животных.

Существует два основных и самых эффективных способа разложения органических веществ:

1. Аэробное брожение - это брожение при свободном доступе кислорода из атмосферного воздуха к продуктам брожения. В результате такого процесса наряду с прочими химическими соединениями выделяется большое количество углекислого газа (CO₂) и тепловая энергия;

2. Анаэробное или метановое брожение - это процесс брожения без доступа кислорода. В результате анаэробного разложения среди прочего в большом количестве выделяются парниковые газы метан (CH₄) и углекислый газ (CO₂). Метановое брожение также сопровождается выделением тепла.

Если к перечисленным способам естественного пополнения атмосферы Земли двумя основными по концентрации парниковыми газами - углекислому и метану - добавить промышленную генерацию CO₂, то мы можем перейти к количественным оценкам участия парниковых газов в составе атмосферы нашей планеты.

Как видно из таблицы 1, всего два парниковых газа присутствуют в атмосфере Земли в заметных количествах - это углекислый газ и метан. К ним следует добавить ещё водяной пар. Все остальные парниковые газы представлены в атмосфере планеты буквально в микроскопических количествах:

Газ	Формула	Влияние на тепловой баланс Земли, %	Концентрация в атмосфере
Водяной пар	H2O	36—72%
Углекислый газ	CO2	9—26%	405,5±0,1 ppm
Метан	CH4	4—9%	1859±2 ppb
Озон	O3	3—7%	2-8 ppm
Оксид азота	N2O		329,9±0,1 ppb

Основными парниковыми газами Земли являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон (в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли). Потенциально в парниковый эффект могут вносить вклад и антропогенные галогенированные углеводороды и оксиды азота, однако ввиду низких концентраций в атмосфере оценка их вклада проблематична. Это сообщает нам Википедия.

Обратите внимание, что концентрация углекислого газа в атмосфере указана в ppm, а концентрация метана и оксида азота в ppb. В этих единицах измеряются очень малые концентрации, которые невозможно точно выразить даже долями процента.

PPM - от английского "parts per million" - частей на миллион. То есть, если мы возьмем миллион молекул атмосферного воздуха, то в нем будет 405 молекул углекислого газа.

С PPB ещё хуже. PPB - от английского "parts per billion" - частей на миллиард. То есть, если мы возьмем миллиард молекул атмосферного воздуха, то в нем будет 1859 молекул метана.

Я так подробно рассказываю о мизерных концентрациях парниковых газов в атмосфере, чтобы вы могли по достоинству оценить соотношение масштабов в дальнейшем нашем повествовании.

Итак, мы уже знаем о том, что на Земле существуют естественные источники парниковых газов и антропогенная эмиссия парниковых газов в результате сжигания человечеством углерод содержащего ископаемого топлива.

Человечество генерирует парниковые газы сжигая нефть, уголь и газ из естественных хранилищ, созданных природой миллионы лет назад. Это ископаемое топливо не само сгорает (хотя и так бывает), его добывают и сжигают люди на фабриках, заводах, электростанциях чтобы извлечь законсервированную в этом топливе энергию.

И поскольку эти процессы во власти человека, то человек может перестать это делать. Достаточно просто добывать энергию для своих нужд каким-нибудь другим - пусть более дорогим, но менее вредным - способом.

Вот, казалось бы, и решение проблемы парникового эффекта, с которым часть ученых связывает глобальное потепление. Но не всё во власти человека.

Мы уже знаем, что помимо залежей углеродсодержащего топлива в виде полезных ископаемых, которое человек может сжигать или не сжигать на свое усмотрение, на Земле хранится огромное количество разнообразной органики, которая законсервирована в толщах вечной мерзлоты и других ледников планеты. Это замороженные останки древних животных и растительности.

В вечной мерзлоте исследователи находят целые замороженные туши древних мамонтов, огромных шерстистых носорогов, доисторическую растительность и туши животных поменьше.

Российские ученые раскопали тушу замороженного жеребенка древней лошади в вечной мерзлоте кратера Батагайка в Якутии. Об этом сообщалось на сайте "Новости Сибирской науки".

По информации руководителя Северо-Восточной научной станции РАН Сергея Зимова, запасы углерода в вечной мерзлоте составляют 1,67 триллиона тонн. А триллион - это цифра с двенадцатью нулями. Это очень много даже в масштабах целой планеты. На-пример, запасы каменного угля на Земле составляют всего 0,4 триллиона тонн - это в 4 раза меньше, чем углерода в вечной мерзлоте.

Уникальный хорошо сохранившийся в вечной мерзлоте экземпляр туши взрослого самца шерстистого мамонта. Сегодня он сохраняется в экспозиции Зоологического музея Зоологического института РАН. Назван в честь реки Берёзовки, на берегу которой был найден, сообщает Wikipedia. На фото палеонтолог Евгений Пфиценмайер (слева) и Отто Герц (справа).

По мере таяния вечной мерзлоты этот углерод попадает в распоряжение не человека разумного (Homo sapiens), который может сам решать, что с ним делать - сжигать или не сжигать. Размороженные гигантские запасы органики становятся добычей совершенно безмозглых бактерий, которые запускают процессы брожения (разложения) органических веществ. Разложение органики сопровождается выделением тепла, которое ускоряет таяние вечной мерзлоты, и огромного количества парниковых газов - преимущественно углекислого газа и метана.

Разумное человечество не может ни остановить таяние вечной мерзлоты, ни укоротить аппетиты прожорливых бактерий, способных "сжечь" любое количество углерода в непрерывном цикле свой жизнедеятельности. А чтобы "горячие головы" не начали призывать к уничтожению бактерий, напомним, что микроорганизмы являются значимой частью биоразнообразия нашей планеты.

Озон (O₃), который причислен к парниковым газам, с выбросами которых отчаянно борется человечество, одновременно образует в атмосфере Земли спасительный озоновый слой, периодически возникающая дыра в котором способна убить всё живое на планете, включая человечество, сражающееся с выбросами вредного парникового газа озона.

На мой взгляд, человечеству уже следует определиться: оно хочет медленно умереть от глобального потепления, вызванного - по мнению научного консенсуса - парниковым эффектом, или оно хочет моментально сгореть в жестких лучах ультрафиолетового излучения Солнца, прорвавшихся через зловещую озоновую дыру в атмосфере планеты.

Но давайте сначала разберемся с основными источниками озона в атмосфере и степенью их зависимости от человеческой деятельности.

Согласно одной умной книге по химии, изданной Московским издательством "Химия" в 1986 году, то есть, ещё до образования озоновой дыры в мозгах профильных ученых:

1. Основным источником озона на планете "является его слой в атмосфере с максимальной концентрацией на высоте около 80 км от поверхности Земли, образующийся в результате воздействия на кислород солнечной радиации".

2. "Другим источником озона является фотохимическое окисление органических веществ, выбрасываемых в атмосферу в основном автотранспортом".

3. Ещё озон образуется в результате тектонических разломов земной коры, электрических разрядов, ультрафиолетового и радиоактивного излучения.

Как видим, основная масса озона образуется естественным путем на высоте 80 тысяч метров над землей. Оттуда озон мигрирует в нижние слои атмосферы, где некоторая его часть может быть разрушена фреонами антропогенного происхождения.

Но окисление выхлопных газов автомобилей, которые имеют тоже антропогенное происхождение и являются вторым по важности источником озона на планете, в таком случае можно рассматривать, как антропогенную компенсацию фреонового разрушения озона.

Здесь важно понимать, что для жизни на земле важно содержание озона именно в нижних слоях атмосферы - до 3000 метров над поверхностью моря. Выше этой отметки ультрафиолетовое излучение Солнца в любом случае очень опасно для человека. На высотах более 3000 метров солнечное излучение за несколько минут обжигает глаза, а открытые участки кожи человека покрываются волдырями - это ожог второй степени.

А вот за какие заслуги озон причислили к парниковым газам остается загадкой. Ведь молекулы озона образуются под действием энергии ультрафиолетового излучения, которое ни в природе, ни в результате человеческой деятельности в заметных количествах не генерируется. Более того, синтез озона сопровождается поглощением энергии в количестве 285 кДж/моль.

Теперь, когда мы уже знаем откуда берутся парниковые газы и сколько их содержится в составе атмосферы Земли, давайте оценим ресурсы нашей планеты, которые влияют на содержание самого вредного из парниковых газов - углекислого газа (CO₂) - в атмосфере и наши возможности эффективно управлять этими ресурсами.

Для этого нам понадобится углеродный баланс нашей планеты, который выглядит следующим образом:

Вид углеродного ресурса	Количество ресурса в  миллиардах  тонн	Содержание углерода	Запасы углерода в миллиардах тонн
Углерод в вечной мерзлоте	1670,000	100,00%	1670,000
Каменный уголь	403,199	85,00%	342,719
Бурый уголь	488,332	32,00%	156,266
Нефть	239,800	85,00%	203,830
Природный газ	138,081	2,25%	3,106
Торф	375,000	40,00%	150,000
Всего за исключением углерода в вечной мерзлоте	1644,412		855,921

Из всех основных источников углерода в мире будем считать подконтрольными человеку в части их добычи и переработки каменный и бурый угли, нефть, торф и природный газ. Переработку углерода, содержащегося в вечной мерзлоте, человек контролировать не может. Этот углерод природа перерабатывает самостоятельно.

Как видно из таблицы 3, всего на планете существует порядка 1670,000+855,921=2525,921 миллиардов тонн углерода, который потенциально может быть различными способами переработан в парниковые газы. Из них 855,921 миллиардов тонн, то есть, всего 34%, доступны к переработке человечеству, и только в рамках этой квоты человечество может регулировать выбросы парниковых газов в процессе этой переработки.

Остальные же 1670,000 миллиардов тонн углерода, то есть - 66% - будут непрерывно перерабатывать и уже активно перерабатывают бактерии в процессе своей жизнедеятельности. И останавливать или хотя бы замедлять этот мощный конвейер производства углекислого газа и метана человечество пока не научилось.

Если даже человечество совсем прекратит перерабатывать углеводородное сырье, то бактерии не перестанут делать свое черное дело. И если бактерии будут эмитировать в атмосферу Земли 8 миллиардов тонн углерода ежегодно, как это делает сегодня всё население Земли, то запасов сырья, хранящегося в холодильнике вечной мерзлоты, бактериям хватит ещё на 208 лет безбедной жизни.

Процесс брожения органических останков в плейстоценовых почвах, хранящихся в вечной мерзлоте, самодостаточен и практически не зависит от внешних причин.

Бактерии, перерабатывающие органику, скрытую в вечной мерзлоте, находятся там же в надежно замороженном состоянии. При оттаивании останков растительности и животных, просыпаются и бактерии, которые способны эту органику перерабатывать и радостно обогащать атмосферу Земли опасной двуокисью углерода и зловредным газом метаном.

В сибирской вечной мерзлоте уже известно около двух десятков таких кратеров. Последствия выброса метана весьма впечатляющи. Диаметр этого кратера около 20 метров, а глубина 30 метров. На такой глубине в толще льда вечной мерзлоты происходит оттаивание и брожение органики без доступа кислорода и без солнечного тепла.

Для этого ни самим бактериям, ни их оттаивающей пище не нужно даже глобального потепления. Как утверждает Серге́й Афана́сьевич Зимов - советский и российский эколог, начальник Северо-Восточной научной станции российской академии наук в поселке Черский на Колыме - в процессе разложения (брожения) размороженной биомассы выделяется такое количество тепла, которое позволяет не останавливаться брожению даже в студеные Арктические зимы.

В богатых углеродом почвах эпохи плейстоцена при разложении органики выделяется гораздо больше тепла, чем при брожении в современных почвах, а для оттаивания вечной мерзлоты и круглогодичной жизнедеятельности бактерий эпохи плейстоцена даже не нужно глобального потепления. Тепла, вырабатываемого бактериями как при аэробном разложении, так и при анаэробном разложении вполне достаточно, чтобы в глубинах вечной мерзлоты брожение продолжалось даже зимой.

Исследования С.А. Зимова убедительно подтверждают мою гипотезу о том, что в изменении климата на планете первично именно таяние вечной мерзлоты, а глобальное потепление является неизбежным следствием это непрерывного таяния.

Теперь, когда мы знаем что такое парниковые газы, откуда они берутся, сколько их в атмосфере Земли и в какой мере на состав атмосферы способен повлиять человек, давайте попробуем обобщить нашие знания и свести их в результирующую таблицу:

Парниковый газ	Полезные свойства	Вредные свойства	Влияние человека на концентрацию газа в атмосфере
Водяной пар	Формирует атмосферные осадки; Блокирует инфракрасное излучение Солнца.	Создает парниковый эффект	0%
Углекислый газ	Утилизирует энергию Солнца в процессе фотосинтеза растений; Блокирует инфракрасное излучение Солнца.	Парниковый эффект	34%
Метан	Поглощает инфракрасное излучение Солнца в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.	Создает парниковый эффект	0%
Озон	Утилизирует ультрафиолетовое излучение Солнца.	Создает парниковый эффект	0%
Оксид азота (N2O)	Веселящий газ.	Создает парниковый эффект	0%

Способность создавать парниковый эффект не является единственным свойством парниковых газов. Они имеют и другие уникальные качества, благодаря которым их роль в природе планеты очень важна и даже безальтернативна.

1. Водяной пар является самым мощным парниковым газом по степени его влияния на энергетический баланс планеты - от 36% до 72%. Но разве можно себе представить жизнь на суше без атмосферных осадков - дождей и снегопадов, которые питают водой сухопутную растительность? И разве может человечество остановить испарение воды с поверхности океанов и морей?

2. Углекислый газ - второй парниковый газ в рейтинге влияния на энергетический баланс планеты - от 9% до 26%. Но углекислый газ является основным реагентом в процессах фотосинтеза, обеспечивающих жизненной энергией всю зеленую растительность на суше и в воде. Дефицит углекислого газа в атмосфере приведет к гибели растительности на планете.

   Кроме того, человечество не может контролировать эмиссию углекислого газа в атмосферу, поскольку 64% двуокиси углерода выделяется в природных процессах аэробного брожения, которые не зависят от воли человека. Углекислый газ выдыхают практически все живые организмы на Земле - от бактерий - до человека.

3. Метан - третий парниковый газ в рейтинге влияния на парниковый эффект. Его вклад в энергетический баланс планеты - от 4% до 9%. Но метан или как мы его называем - природный газ - имеет исключительно естественное происхождение и человечество не может влиять на увеличение его эмиссии в атмосферу планеты.

   При сжигании природного газа метана выделяется большое количество тепловой энергии:

   CH₄[газ] + 2O₂[газ] → CO₂[газ] + 2H₂O[пар] + 891 кДж/моль

   1 молекула метана при взаимодействии с 2 молекулами кислорода образует 1 молекулу двуокиси углерода и 2 молекулы воды. В процессе реакции выделяется тепловая энергия, равная 891 кДж/моль.

   Иными словами, при сжигании метана один бесполезный в живой природе парниковый газ разлагается на два других парниковых газа - водяной пар и углекислый газ - которые необходимы для жизни растительности на планете.

   Природный газ (метан) - это самое чистое для сжигания ископаемое топливо, имеющее простой состав и не выделяющее в воздух вредных химических веществ. Так как природный газ на 95% состоит из метана, то при его сжигании побочные продукты почти не образуются, или их образуется намного меньше, чем при использовании других видов ископаемого топлива.

4. Озон - четвертый парниковый газ в списке влияния на парниковый эффект. Его вклад в энергетический баланс планеты оценивается - от 3% до 7%.

   На самом же деле озон образуется в верхних слоях атмосферы из кислорода, поглащая (утилизируя) при этом энергию ультрафиолетового излучения Солнца в количестве 285 кДж/моль, которая является смертельно опасной для всего живого на Земле.

   Затем молекулы озона под действием собственного веса - молекула озона в полтора раза тяжелее молекулы кислорода - мигрируют в нижние слои атмосферы, где самопроизвольно распадаются на молекулы кислорода, выделяя при этом то же самое количество энергии 285 кДж/моль, но уже в виде безопасного тепла, а не смертельного ультрафиолетового излучения.

5. Оксид азота (веселящий газ) - представлен в атмосфере Земли в таких малых концентрациях, что его влияние на энергетический баланс планеты даже не оценивается в цифрах. А единственное, что инкриминируют оксиду азота сторонники антропогенной теории глобального потепления, так это то, что он разрушает стратосферный озон, который является еще более вредным, чем оксид азота парниковым газом.

Прошу обратить внимание, что я не ставлю под сомнение существование парникового эффекта, как такового. Я рассматриваю степень влияния человека на концентрации парниковых газов в атмосфере.

А из всего выше изложенного следует, что только на концентрацию углекислого газа человеческая деятельность способна как-то влиять. Все остальные парниковые газы имеют исключительно природное происхождение, а значит, их концентрации в атмосфере Земли не подвластны человечеству.

Природа нашей планеты, в том числе и ее атмосфера, являются саморегулируемой системой. Благодаря многочисленным обратным связям природа неизбежно возвращается в свое равновесное состояние из любого отклонения. Вопрос восстановления естественного баланса в природе - это только вопрос времени.

Если концентрация водяного пара в атмосфере превысит естественные граничные значения, лишняя влага выпадет на поверхность Земли в виде атмосферных осадков и баланс будет восстановлен.

Если возрастает концентрация углекислого газа в атмосфере - это неизбежно приведет к развитию растительности на поверхности планеты и в её океанах. Растительность в процессе фотосинтеза "вдыхает" углекислый газ, а "выдыхает" чистый кислород.

Повышенная концентрация кислорода в атмосфере ускорит образование озона в ее верхних слоях, и это приведет к ликвидации озоновой дыры.

Метан, который в быту совершенно справедливо называют "природным газом", имеет исключительно естественное происхождение. Человек не производит метан, он его добывает из земных недр, где этот газ образуется в результате жизнедеятельности анаэробных бактерий.

Но если люди даже совершенно прекратят добывать природный газ, эмиссия метана в атмосферу Земли не прекратится и не станет меньше. Основным генератором метана в природе является тающая вечная мерзлота и гидраты метана, хранящиеся в твердом состоянии на дне Северного Ледовитого океана. Из этих открытых естественных источников метан в гигантских количествах самостоятельно просачивается в атмосферу нашей планеты.

Метан - это естественный продукт жизнедеятельности анаэробных живых организмов на нашей планете. Он безвреден для остальной флоры и фауны, но и пользы от него не много.

Но при сгорании метана выделяются углекислый газ и вода, которые очень важны для жизни растительности на суше и в воде.

Проблема не в том, что существуют парниковые газы, а проблема в том, что человечество не может влиять на их концентрации в атмосфере.

Если мы снизим эмиссию водяного пара - больше воды будет испаряться с поверхности водоемов. Если мы снизим эмиссию углекислого газа - от его дефицита умрет некоторая часть растительности, а концентрация CO₂ в природе восстановится, но на это время в атмосфере снизится содержание кислорода из которого энергия Солнца создает спасительный для всех нас озоновый слой.

Законы сохранения объективны и абсолютны. Люди не могут их изменять по своему желанию или в процессе жизнедеятельности.

Химические элементы независимо от нашей воли совершают свой вечный круговорот в природе. Во всяком случае, до тех пор, пока над нами светит "звезда по имени Солнце".

Автор: Сергей Просветов

Просмотров всего: 62364 Просмотров сегодня: 6

• газ природный газ озон