ЛЕКЦИИ ХИМИЯ ЗЕМЛИ 2013

Парниковые газы

Метан. Глобальное потепление на 12% обусловлено метаном (СН₄). Он образуется в процессе анаэробного бактериального разложения в болотах, на рисовых полях и свалках, в желудках коров и овец и в кишечниках термитов, утечки из газовых скважин, газопроводов, печей, топок. За последние десятилетия содержание метана возросло в связи с увеличением площадей, занятых под рис, а также в результате создания крупных животноводческих хозяйств. Метан сохраняется в тропосфере около 11 лет. Каждая молекула СН₄ способствует парниковому эффекту в 25 раз больше, чем молекула СО₂. Эмиссии метана возрастают в год на 1 %.

Закись азота. Глобальное потепление на 6 % обусловлено закисью азота (N₂О). Он выделяется при разложении азотных удобрений в почвах, из стоков животноводческих хозяйств, при сгорании биомасс. В тропосфере сохраняется в среднем 150 лет. Каждая молекула N₂О в 230 раз более эффективно способствует глобальному потеплению, чем молекула СО₂. Ежегодно выбросы увеличиваются на 0,2 %.

Если не прервать накопление в атмосфере «парниковых газов», то во второй половине этого столетия их концентрация возрастет примерно в два раза, что приведет (согласно компьютерным моделям) к потеплению климата в разных районах в среднем на 1,5 — 4,5 ° С: в холодных районах на 10 ^оС, а в тропических — всего на 1 — 2 ^о С.

В результате потепления может произойти непоправимое в судьбе нашей планеты: начнется таяние ледников Гренландии, Северного Ледовитого океана, Южного полюса, наконец, горных ледников; существенно поднимется уровень Мирового океана (на 1,5 —2 м и больше). Средняя температура Антарктиды увеличится на 5 ^оС, что достаточно для таяния всей ледяной шапки. Уровень Мирового океана повсеместно повысится на 4,5— 8 м и произойдет затопление многих прибрежных территорий (будут затоплены Шанхай, Каир, Венеция, Бангкок, большие площади плодородных низменностей в Индии), а миллионы людей будет вынуждены мигрировать вглубь материков, в горные районы; возрастет влияние океана на сушу через усиление штормов, приливов, отливов. Выравнивание температуры на экваторе и полюсах приведет к нарушению ныне существующей циркуляции атмосферы, изменению режима осадков (скудные осадки в районах земледелия), снижению производства зерна, мяса и других продуктов питания. Надежда на орошение этих территорий не велика, поскольку уже сегодня уровень грунтовых вод заметно снизился, а к середине столетия их запасы практически будут израсходованы. Влияние «парникового эффекта» на региональный климат уже начинает проявляться: длительные засухи в Южной Африке (5 лет), Северной Америке (6 лет), теплые зимы и т.д.

При общем потеплении зима будет более холодной, чем раньше, а лето — более жарким. Кроме того, участятся и станут более сильными засухи, наводнения, ураганы, торнадо и другие погодно-климатические аномалии. Потепление будет сопровождаться снижением биопродуктивности, распространением вредителей и болезней.

Диоксид углерода. Интенсивная вырубка лесов, сжигание топлива, мусора весьма заметно нарушает сложившийся баланс углекислого газа в атмосфере. Каждый атом углерода топлива присоединяет два атома кислорода при горении с образованием углекислого газа, поэтому масса углекислого газа увеличивается по сравнению с массой сжигаемого топлива (1 кг топлива → 3 кг СО₂). В настоящее время этим газом обусловлено интенсивное потепление на 57 %. Ежегодно выбросы СО₂ увеличиваются на 4 %.

Фторхлоруглероды (ФХУ, или ХФУ). Содержание ХФУ в атмосфере невелико по сравнению с СО₂, но им присуща достаточно высокая теплоемкость: они поглощают тепло значительно интенсивнее (выше в 50 раз), чем углекислый газ. Эти газы обусловливают 25 % глобального потепления. Основные источники — утечки из кондиционеров, испарение из аэрозольных распылителей. ХФУ могут оставаться в атмосфере в течение 22— 111 лет в зависимости от их типа. Ежегодно выбросы ХФУ увеличиваются на 5 %.

Промышленный выпуск фторхлоруглеродов, часто называемых фреонами, был начат в середине 1930-х гг. Наибольшее количество фреона-11 (СFС1₃) и фреона-12 (СF₂С1₂) использовалось в качестве вспенивателей при получении пористых полимерных материалов, наполнителей в аэрозольных упаковках, а также хладагентов в холодильниках и кондиционерах. Некоторые ХФУ применяли в качестве средств для обезжиривания: фреон-113 (С₂F₃С1₃) и фреон-114 (С₂F₄С1₂). Позже вышеперечисленные фреоны из-за высокого содержания хлора были заменены на СНС1Р₂, который в меньшей степени разрушает озон, но в большей степени поглощает ИК-лучи и особенно активно влияет на парниковый эффект в течение своего пребывания в тропосфере.

Чтo тaкoе фреoны

В 1931 гoду, кoгдa был синтезирoвaн безвредный для челoвеческoгo oргaнизмa хлaдaгент – фреoн. Впoследствии былo синтезирoвaнo бoлее четырех десяткoв рaзных фреoнoв, oтличaющихся друг oт другa пo кaчествaм и химическoму кругу.Нaибoлее дешевыми и эффективными oкaзaлись R-11, R-12, кoтoрые дoлгoе время всех устрaивaли. В последние 15 лет oни пoпaли в немилoсть из-зa свoих oзoнoрaзрушaющих свойств. Все фреoны - нa oснoве двух гaзoв – метaнa СН₄ и этaнa – СH₃-CH₃. В хoлoдильнoй технике метaн имеет мaрку R-50, этaн – R-70. Все oстaльные фреoны пoлучaются из метaнa и этaнa зaмещением aтoмoв вoдoрoдa aтoмaми хлoрa и фтoрa. Нaпример, R-22 пoлучaется из метaнa зaмещением oднoгo aтoмa вoдoрoдa хлoрoм и двух – фтoрoм. Химическaя фoрмулa этoгo фреoнa – СНF₂Cl. Физические кaчествa хлaдaгентoв зaвисят oт сoдержaния трех сoстaвляющих – хлoрa, фтoрa и вoдoрoдa. Тaк пo мерке уменьшения числa aтoмoв вoдoрoдa гoрючесть хлaдaгентoв пaдaет, a стaбильнoсть рaстет. Они мoгут пoдoлгу существoвaть в aтмoсфере, не рaзлaгaясь нa чaсти и нaнoсить вред oкружaющей среде. Пo мере увеличения кoличествa aтoмoв хлoрa рaстет тoксичнoсть хлaдaгентoв и их oзoнoрaзрушaющaя спoсoбнoсть. Вред, нaнoсимый фреoнaми oзoнoвoму рaзряду, oценивaется дoзoй oзoнoрaзрушaющегo пoтенциaлa, кoтoрый рaвен 0 для oзoнoбезoпaсных хлaдaгентoв (R-410A, R-407C, R-134a) и дo 13 у oзoнoрaзрушaющих (R-10, R-110). При этoм зa штуку принят oзoнoрaзрушaющий пoтенциaл фреoнa R-12, дo зaключительнoгo времени нaибoлее ширoкo рaспрoстрaненнoгo вo всем кoсмoсе. В свoйстве временнoй зaдaчи R-12 был выбрaн фреoн R-22, oзoнoрaзрушaющий пoтенциaл кoтoрoгo сoстaвляет 0,05. В 1987 году был принят Мoнреaльский прoтoкoл, oгрaничивaющий испoльзoвaние oзoнoрaзрушaющих существ. В чaстнoсти, сoглaснo этому акту, виновники будут вынуждены oткaзaться от испoльзoвaния фреoнa R-22, на кoтoрoм сегoдня рaбoтaет 90% всех кoндициoнерoв. В бoльшинстве еврoпейских стoрoн прoдaжa кoндициoнерoв нa этoм фреoне будет прекрaщенa уже в 2002-2004 гoдaх. И мнoгие небывaлые мoдели уже пoстaвляются в Еврoпу тoлькo нa oзoнoбезoпaсных хлaдaгентaх — R-407C и R-410A.

В результате потепления может произойти непоправимое в судьбе нашей планеты: начнется таяние ледников Гренландии, Северного Ледовитого океана, Южного полюса, наконец, горных ледников; существенно поднимется уровень Мирового океана (на 1,5 —2 м и больше). Средняя температура Антарктиды увеличится на 5 "С, что достаточно для таяния всей ледяной шапки. Уровень Мирового океана повсеместно повысится на 4,5— 8 м и произойдет затопление многих прибрежных территорий (будут затоплены Шанхай, Каир, Венеция, Бангкок, большие площади плодородных низменностей в Индии), а миллионы людей будет вынуждены мигрировать вглубь материков, в горные районы; возрастет влияние океана на сушу через усиление штормов, приливов, отливов. Выравнивание температуры на экваторе и полюсах приведет к нарушению ныне существующей циркуляции атмосферы, изменению режима осадков (скудные осадки в районах земледелия), снижению производства зерна, мяса и других продуктов питания. Надежда на орошение этих территорий не велика, поскольку уже сегодня уровень грунтовых вод заметно снизился, а к середине столетия их запасы практически будут израсходованы. Влияние «парникового эффекта» на региональный климат уже начинает проявляться: длительные засухи в Южной Африке (5 лет), Северной Америке (6 лет), теплые зимы и т.д.

Содержание