Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?
Шрифт:
Рядовые парникового фронта: оксид азота(I), фреоны и другие
Для каждой малости есть свое место и время.
Малые птички вьют малые гнезда.
Итак, мы познакомились с «тремя китами», на которых более чем на 85 % зиждется феномен усиления парникового эффекта в ХХ столетии, – углекислым газом, метаном и озоном. Среди остальных отметим вклады в это усиление, вносимые оксидом азота(I) и солидной группой ХФУ, – меньшие, но соизмеримые и примерно равные вкладу озона.
Главными источниками оксида азота(I), как и метана, являются разнообразные бактерии, способные в анаэробных условиях (без кислорода) вырабатывать N2O, используя
приблизительно 3 % от глобального источника N2O составляет его поток с поверхности бассейнов рыборазводных заводов, широко распространенных в Западной Европе и Юго-Восточной Азии; еще около 0,1 Мт N2O/год попадает в атмосферу в результате таяния вечной мерзлоты – маленький, но весьма «перспективный» в свете глобального потепления источник.
В тропосфере N2O образуется и разрушается в реакциях с одним и тем же реагентом – возбужденным атомарным кислородом O(1D). В стратосфере же он разрушается под действием света; интенсивность этого процесса оценивается примерно в 12 Мт/год (с разбросом 9–17 Мт/год). Концентрация оксида азота(I) в атмосфере неуклонно возрастает с начала индустриального периода: если в середине ХХ в. она составляла 265 ppb, то к концу первого десятилетия XXI в. ее величина достигла 324 ppb.
В настоящее время, из-за отсутствия ограничений на использование N2O, оксид азота(I) стал основным озоноразрушающим газом, сменив в этой малопочетной роли ограниченные Монреальским протоколом ХФУ.
Многочисленные ХФУ использовались и используются в качестве хладагентов в холодильных установках (ХФУ-11, -12, -115, -22, -123, -125, -134а), распылителей в аэрозольных упаковках (ХФУ-11, -12, -22, -124, -134а), пенообразователей (ХФУ-11, -12, -114, -22, -123, -124, -141b, – 142b, – 152a), растворителей (ХФУ-113, -123, -141b, – 142b). Особая роль у бромсодержащих химикатов (галоны-1211 и -1301) – они были до последнего времени незаменимы при тушении пожаров.
Чтобы получить представление о «парниковой активности» вышеперечисленных газов, приведем фрагменты таблицы значений потенциала глобального потепления (о нем упоминалось ранее).
Таблица 2. Потенциалы глобального потепления (ПГП) некоторых газов, присутствующих в воздухе (Источник: Отчет 2007 г. Межправительственной группы экспертов по изменению климата)
Каждому газу соответствуют три значения потенциала глобального потепления для разных периодов времени. Это связано с тем, что газы имеют неодинаковое «время жизни», например для CO2 и N2O оно составляет ~100 и 114 лет, для метана – в среднем около 11 лет, а для фреона-22 – 12 лет. Понятно, что за 20 лет молекулы метана, а также фреона-22 полностью выработают свой «ресурс», в то время как молекулы CO2
Как видно из таблицы 2, потенциалы глобального потепления рукотворных ХФУ в сотни, тысячи, а иногда и десятки тысяч раз превосходят потенциал «эталонного» CO2. Тем не менее суммарный их вклад в усиление парникового эффекта значительно уступает вкладу углекислого газа. Объяснение этому то же, что и в случае с метаном: менее «вредных» молекул CO2 в атмосфере в миллионы и миллиарды раз больше, чем молекул ХФУ. Если вспомнить о том, что ежегодный прирост производства, а значит в конечном итоге и выбросов отдельных ХФУ, достигал 10–15 %, и концентрация ХФУ в атмосфере удваивалась каждые 6–8 лет, то настигнуть лидера во вполне обозримом будущем им помешали только ограничения Монреальского протокола.
И еще несколько слов о двух атмосферных долгожителях.
Первый из них гексафторид серы SF6 («электрический газ»), широко используемый в качестве изолятора и теплоносителя в высоковольтной электронике, в электронной и металлургической промышленности, а также в качестве хладагента. Второй – тетрафторметан CF4 (фреон -14) тоже применяется в микроэлектронике и иногда как низкотемпературный хладагент. Из-за химической пассивности оба имеют очень большое «время жизни», и при наличии высоких значений ПГП (см. табл. 2) в течение всего «времени жизни» (т. е. 3200 и 50 000 лет для SF6 и CF4, соответственно) будут способствовать глобальному потеплению.
Джонатан Свифт однажды заметил: «Причина великих событий, как и источники великих рек, часто бывет очень мала». Казалось бы, небольшое (в сравнении с мощью природных стихий) усиление парникового эффекта, вызванное хозяйственной деятельностью человека, тем не менее ощутимо сказывается на климате нашей планеты.
Однако пора обсудить как «распоряжается» климатическая система поступающей от Солнца радиацией.
Что имеем, не храним: альбедо
Отражается небо в лесу, как в воде…
Солнце нам не в чем упрекнуть: оно регулярно, без перекуров и реплик типа «подождете, вас много, а я одно!», доставляет к верхней границе атмосферы в течение суток в среднем 343 Вт/м2 энергии. Далее атмосфера и облака (в лучших традициях посредников) «отщипывают» свою долю за транзит. Но бережно ли сохраняется то, что все-таки дошло до «адресата» – поверхности Земли? Конечно, нет. Часть энергии, совершившей неблизкое путешествие от Солнца до Земли (149,6 миллионов километров), сразу же получает от ворот поворот в соответствии с законами физики: чем светлее поверхность, тем лучше она отражает падающий на нее свет. Для того чтобы численно охарактеризовать это явление используют соотношение отраженной и пришедшей солнечной радиации, называемое альбедо (от латинского albedo – «белизна»). Очевидно, что оно всегда меньше 100 %.
Альбедо характеризует отражательную способность поверхности любых объектов, с которыми взаимодействует излучение: суши и океана, облаков из капель и ледяных кристаллов, аэрозолей, часто состоящих из твердого ядра во влажной оболочке и пр. Для разных видов излучения альбедо неодинаково: одна и та же поверхность может, например, отражать коротковолновое излучение, но поглощать и излучать длинноволновое.
Зависит альбедо от разновидности грунта, типа и плотности растительности, вида покрытия улиц и мостовых в городах и пр.