Объяснитель: СО₂ и другие парниковые газы

Углекислый газ является лишь одним из нескольких химических веществ, которые способствуют парниковому эффекту.

Поделись этим:

20 сентября 2018 г., 5:30

Атмосфера Земли состоит из множества различных газов. Только азот составляет 78 процентов. Кислород, на втором месте, составляет еще 21 процент. Многие другие газы составляют оставшийся 1 процент.Некоторые из них (например, гелий и криптон) химически инертны. Это означает, что они не реагируют на других. У других бит-игроков есть возможность действовать как одеяло для планеты. Они стали известны как парниковые газы.

Подобно окнам в теплице, эти газы улавливают энергию солнца в виде тепла. Без их роли в этом парниковом эффекте Земля была бы довольно морозной. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), глобальные температуры в среднем составят около -18° по Цельсию (0° по Фаренгейту). Вместо этого поверхность нашей планеты имеет среднюю температуру около 15 ° C (59 ° F), что делает ее удобным местом для жизни.

Однако примерно с 1850 года в результате деятельности человека в воздух выбрасываются дополнительные парниковые газы. Это медленно способствовало повышению средней температуры по всему миру. В целом, глобальное среднее значение в 2017 году было на 0,9 градуса по Цельсию (1,6 градуса по Фаренгейту) выше, чем в период с 1951 по 1980 год. Это основано на расчетах НАСА.

Стивен Монцка — химик-исследователь из NOAA в Боулдере, штат Колорадо. По его словам, существует четыре основных парниковых газа, о которых следует беспокоиться. Наиболее известен углекислый газ ( CO₂). Другими являются метан, закись азота и группа, содержащая хлорфторуглероды (ХФУ) и их заменители. (ХФУ — это хладагенты, которые сыграли свою роль в истончении защитного высокогорного озонового слоя планеты. От них постепенно отказываются в соответствии с глобальным соглашением, заключенным в 1989 году.)

Многие химические вещества влияют на климат. Однако, отмечает Монцка, именно эти четыре парниковых газа являются теми, «которые мы [люди] имеем прямой контроль».

Химикаты, согревающие климат

Каждый парниковый газ, однажды испущенный, поднимается в воздух. Там он помогает атмосфере удерживать тепло. Некоторые из этих газов улавливают больше тепла на молекулу, чем другие. Некоторые также остаются в атмосфере дольше, чем другие. Это потому, что каждый из них имеет разные химические свойства, отмечает Монцка. Они также удаляются из атмосферы с течением времени в результате различных процессов.

Избыток CO₂ происходит в основном от сжигания ископаемого топлива — угля, нефти и природного газа. Это топливо используется для всего: от питания транспортных средств и выработки электроэнергии до производства промышленных химикатов. В 2016 году СО₂ приходится 81 процент парниковых газов, выбрасываемых в США. Другие химические вещества более эффективно удерживают тепло в атмосфере. Но СО₂ является самым распространенным из тех, что высвобождаются в результате деятельности человека. Он также остается самым длинным.

Немного CO₂ ежегодно удаляется растениями по мере их роста. Однако много CO₂ высвобождается в холодные месяцы, когда растения не растут. СО₂ также может быть вытянут из воздуха и в океан. Затем морские организмы могут преобразовать его в карбонат кальция. В конце концов, это химическое вещество станет компонентом известняковой породы, где его углерод может храниться тысячелетиями. Этот процесс формирования породы очень медленный. В целом, СО₂ может задерживаться в атмосфере от десятилетий до тысяч лет. Итак, объясняет Монцка, «даже если мы прекратим выбросы углекислого газа сегодня, мы все еще будем наблюдать потепление от этого в течение очень долгого времени».

Метан является основным компонентом природного газа. Он также выделяется из множества биологических источников. К ним относятся производство риса, навоз животных, переваривание коров и разложение отходов, вывозимых на свалки. На долю метана приходится около 10 процентов выбросов парниковых газов в США. Каждая молекула этого газа намного лучше удерживает тепло, чем молекула CO.₂. Но метан не остается в атмосфере так долго. Он разрушается, когда реагирует в атмосфере с гидроксильными радикалами (нейтрально заряженными ионами ОН, состоящими из связанных атомов кислорода и водорода). «Время удаления метана составляет около десяти лет», — отмечает Монцка.

Закись азота (N₂O) составлял 6 процентов парниковых газов, выбрасываемых Соединенными Штатами в 2016 году. Этот газ поступает от сельского хозяйства, сжигания ископаемого топлива и человеческих сточных вод. Но не позволяйте его малому количеству заставить вас игнорировать N₂Влияние О.Этот газ в сотни раз эффективнее CO.₂ при улавливании тепла. Н₂O также может задерживаться в атмосфере почти столетие. Каждый год только около 1 процента переносимого по воздуху азота₂O преобразуется зелеными растениями в аммиак или другие соединения азота, которые растения могут использовать. Так что это натуральный N₂O удаление «действительно медленное», говорит Монцка.

ХФУ и их более поздние заменители производятся людьми. Многие из них использовались в качестве хладагентов. Другие используются в качестве растворителей для химических реакций и в аэрозольных распылителях. Вместе они составляли лишь около 3 процентов выбросов парниковых газов в США в 2016 году. Эти газы удаляются только тогда, когда они задерживаются в верхних слоях атмосферы. В этой стратосфере высокоэнергетический свет бомбардирует химические вещества, разрушая их. Но на это могут уйти десятилетия, говорит Монцка.

Химические вещества на основе фтора, такие как фреоны, отмечает он, «являются мощными парниковыми газами в пересчете на молекулу». Но выбросы их настолько малы, что по сравнению с CO_2, их общее влияние довольно мало. Снижение выбросов метана, N₂O и фреоны помогут замедлить изменение климата, отмечает Монцка. «Но если мы собираемся решить эту проблему [парниковых газов], нам нужно позаботиться о CO.₂," он говорит. «Он вносит наибольший вклад… и у него очень долгое время пребывания в атмосфере».

Силовые слова

аэрозоль Группа мельчайших частиц, взвешенных в воздухе или газе. Аэрозоли могут быть естественными, такими как туман или газ от извержений вулканов, или искусственными, такими как дым от сжигания ископаемого топлива.

сельское хозяйство Выращивание растений, животных или грибов для нужд человека, включая продукты питания, топливо, химикаты и лекарства.

аммиак Бесцветный газ с неприятным запахом. Аммиак представляет собой соединение, состоящее из элементов азота и водорода. Он используется для приготовления пищи и применяется на полях в качестве удобрения. Выделяемый почками аммиак придает моче характерный запах. Это химическое вещество также встречается в атмосфере и во всей Вселенной.

атмосфера Оболочка газов, окружающая Землю или другую планету.

средний (в науке) Термин для среднего арифметического, который представляет собой сумму группы чисел, которая затем делится на размер группы.

карбонат кальция Основное химическое соединение известняка, горной породы, состоящей из крошечных раковин древних морских организмов. Его формула CaCO₃ (это означает, что он содержит один атом кальция, один атом углерода и три атома кислорода). Он также является активным ингредиентом некоторых антацидных препаратов (тех, которые используются для нейтрализации желудочной кислоты).

углекислый газ (или CO₂) Бесцветный газ без запаха, вырабатываемый всеми животными, когда кислород, который они вдыхают, вступает в реакцию с богатой углеродом пищей, которую они съели. Углекислый газ также выделяется при сгорании органических веществ (включая ископаемое топливо, такое как нефть или газ). Углекислый газ действует как парниковый газ, удерживая тепло в атмосфере Земли. Растения превращают углекислый газ в кислород во время фотосинтеза, процесса, который они используют для производства собственной пищи.

химический Вещество, образованное из двух или более атомов, которые соединяются (связываются) в фиксированной пропорции и структуре. Например, вода — это химическое вещество, образующееся при соединении двух атомов водорода с одним атомом кислорода. Его химическая формула H₂О. Химический также может быть прилагательным для описания свойств материалов, которые являются результатом различных реакций между различными соединениями.

химическая реакция Процесс, который включает перестройку молекул или структуры вещества в противоположность изменению физической формы (например, из твердого состояния в газообразное).

климат Погодные условия, которые обычно существуют в одном районе, в целом или в течение длительного периода.

изменение климата Долговременное значительное изменение климата Земли. Это может произойти естественным путем или в результате деятельности человека, включая сжигание ископаемого топлива и вырубку лесов.

составная часть Что-то, что является частью чего-то другого (например, части, которые входят в состав электронной платы, или ингредиенты, которые входят в рецепт печенья).

электричество Поток заряда, обычно от движения отрицательно заряженных частиц, называемых электронами.

ископаемое топливо Любое топливо, такое как уголь, нефть (сырая нефть) или природный газ, образовавшееся на Земле за миллионы лет из разложившихся остатков бактерий, растений или животных.

теплица Наполненная светом структура, часто с окнами, служащими материалами стен и потолка, в которых выращиваются растения. Он обеспечивает контролируемую среду, в которой можно применять заданное количество воды, влажности и питательных веществ, а проникновение вредителей может быть предотвращено.

парниковый эффект Потепление атмосферы Земли из-за накопления удерживающих тепло газов, таких как углекислый газ и метан. Ученые называют эти загрязнители парниковыми газами. Парниковый эффект также может возникать в небольших средах. Например, когда автомобили оставляют на солнце, поступающий солнечный свет превращается в тепло, задерживается внутри и быстро может сделать температуру в помещении опасной для здоровья.

парниковый газ Газ, который способствует парниковому эффекту, поглощая тепло. Углекислый газ является одним из примеров парникового газа.

гелий Инертный газ, который является самым легким членом ряда благородных газов. Гелий может стать твердым при температуре -272 градуса по Цельсию (-458 градусов по Фаренгейту).

инертный Неактивен или не оказывает химического или физического воздействия.

ион (прил. ионизированный) Атом или молекула с электрическим зарядом из-за потери или приобретения одного или нескольких электронов. В ионизированном газе или плазме все электроны отделены от родительских атомов.

криптон Инертный газ, относящийся к благородным газам, используемый в некоторых типах электрических ламп.

свалка Место, куда сбрасывают мусор, а затем засыпают землей, чтобы уменьшить запахи. Если они не облицованы непроницаемыми материалами, дожди, омывающие эти свалки, могут вымывать токсичные материалы и уносить их вниз по течению или в грунтовые воды.Поскольку мусор в этих учреждениях покрыт грязью, отходы не получают прямого доступа к солнечному свету и микробам, которые способствуют их разложению. В результате даже газета, отправленная на свалку, может сопротивляться разрушению в течение многих десятилетий.

известняк Природная горная порода, образованная накоплением карбоната кальция с течением времени, а затем спрессованная под большим давлением. Большая часть исходного карбоната кальция поступила из панцирей морских животных после их смерти. Однако это химическое вещество также может осаждаться из воды, особенно после удаления углекислого газа (например, растениями).

навоз Фекалии или навоз сельскохозяйственных животных. Навоз можно использовать для удобрения земли.

метан Углеводород с химической формулой CH₄ (это означает, что четыре атома водорода связаны с одним атомом углерода). Это естественная составляющая того, что известно как природный газ. Он также выделяется при разложении растительного материала на водно-болотных угодьях и отрыгивается коровами и другим жвачным скотом. С точки зрения климата метан в 20 раз эффективнее углекислого газа удерживает тепло в атмосфере Земли, что делает его очень важным парниковым газом.

молекула Электрически нейтральная группа атомов, представляющая минимально возможное количество химического соединения. Молекулы могут состоять из атомов одного или разных типов. Например, кислород в воздухе состоит из двух атомов кислорода (O₂), но вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода ( H₂О).

НАСА Сокращение от Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Созданное в 1958 году, это американское агентство стало лидером в области космических исследований и стимулирования общественного интереса к исследованию космоса. Именно через НАСА Соединенные Штаты отправили людей на орбиту и, в конечном итоге, на Луну. Он также отправил исследовательский корабль для изучения планет и других небесных объектов в нашей Солнечной системе.

Национальное управление океанических и атмосферных исследований (или NOAA) Научное агентство Министерства торговли США.Первоначально созданное в 1807 году под другим названием (The Survey of the Coast), это агентство занимается изучением и сохранением ресурсов океана, включая рыболовство, защиту морских млекопитающих (от тюленей до китов), изучение морского дна и зондирование верхних слоев атмосферы.

природный газ Смесь газов, образовавшихся под землей на протяжении миллионов лет (часто вместе с сырой нефтью). Большая часть природного газа состоит из 50-90 процентов метана, а также небольшого количества более тяжелых углеводородов, таких как пропан и бутан.

азот Бесцветный, не имеющий запаха и нереакционноспособный газообразный элемент, который составляет около 78 процентов атмосферы Земли. Его научный символ — N. Азот высвобождается в виде оксидов азота при сгорании ископаемого топлива.

организм Любое живое существо, от слонов и растений до бактерий и других видов одноклеточной жизни.

окись Соединение, полученное путем соединения одного или нескольких элементов с кислородом. Ржавчина — это оксид; так и вода.

кислород Газ, составляющий около 21 процента атмосферы Земли. Все животные и многие микроорганизмы нуждаются в кислороде для своего роста (и метаболизма).

озон Бесцветный газ, образующийся высоко в атмосфере и на уровне земли. Когда он образуется на поверхности Земли, озон является загрязнителем, раздражающим глаза и легкие. Он также является основным компонентом смога.

озоновый слой Слой в стратосфере Земли. Он содержит много озона, который помогает блокировать большую часть биологически опасного солнечного ультрафиолетового излучения.

мощный Прилагательное для обозначения чего-то (например, микроба, яда, лекарства или кислоты), очень сильного или мощного.

радикальный Заряженная молекула, имеющая один или несколько неспаренных внешних электронов. Радикалы легко вступают в химические реакции. Организм способен производить радикалы как одно из средств уничтожения клеток и, таким образом, избавляться от поврежденных клеток или инфекционных микробов.

сточные воды Отходы — в первую очередь моча и фекалии — смешиваются с водой и вымываются из домов по системе труб для утилизации в окружающей среде (иногда после очистки на больших водоочистных сооружениях).

растворитель Материал (обычно жидкость), используемый для растворения какого-либо другого материала в растворе.

стратосфера Второй слой атмосферы Земли, расположенный чуть выше тропосферы или приземного слоя. Стратосфера простирается от 10 до 50 километров (от 6,2 до 31 мили) над уровнем моря.

солнце Звезда в центре Солнечной системы Земли. Это звезда среднего размера примерно в 26 000 световых лет от центра галактики Млечный Путь. Также термин для любой солнцеподобной звезды.

О Саре Зелински

Сара Зелински — редактор Print at Новости науки Исследует. У нее ученые степени в области биологии и журналистики, и она любит писать об экологии, растениях и животных. У нее три кота: Оскар, Саффир и Алани.

Классные ресурсы для этой статьи

Для этой статьи доступны бесплатные ресурсы для преподавателей. Зарегистрируйтесь, чтобы получить доступ:

Уже зарегистрирован? Введите свой адрес электронной почты выше.

Оценка удобочитаемости: 7,9

Коды НГСС:

Похожие истории

Объяснитель: откуда берутся ископаемые виды топлива

Сара Зелински, 20 сентября 2018 г.

Изменение климата заставляет людей двигаться

Сара Зелински, 20 сентября 2018 г.

Под антарктическим льдом микробы поглощают парниковый газ

Илима Лумис, 1 сентября 2017 г.

Больше историй от Научные новости исследуют на земле

В школьной форме школьников появились химические вещества «Вечно»

Кэтиэнн Ковальски, 18 ноября 2022 г.

Давайте узнаем о микропластике

Мария Темминг, 15 ноября 2022 г.

Потепление может сделать некоторые голубые озера зелеными или коричневыми

Дженнифер Шмидт 8 ноября 2022 г.

Ученые говорят: полюс

Мария Темминг, 31 октября 2022 г.

Ученые говорят: соленость

Мария Темминг, 3 октября 2022 г.

Не один, а два астероида могли положить конец эпохе динозавров

Никк Огаса, 26 сентября 2022 г.

Одно цунами 2022 года могло быть такой же высоты, как Статуя Свободы

Сид Перкинс, 12 сентября 2022 г.

Астрономы-любители раскрыли загадочное двойное полярное сияние

Аса Шталь, 29 августа 2022 г.

Научные новости исследуют

Основанная в 2003 году, Научные новости исследуют — это бесплатное отмеченное наградами онлайн-издание, посвященное новостям науки для учащихся, родителей и педагогов. Издание, а также Новости науки журнал, издаются Обществом науки, некоммерческой членской организацией 501 (c) (3), занимающейся общественным участием в научных исследованиях и образовании.

• Новости науки
• Новости науки

© Общество науки и общественности 2000–2022. Все права защищены.