Kasvihuonekaasu - Greenhouse gas

Kasvihuoneilmiötä auringonsäteilyn maan pinnalla aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt.
Eri ilmastonmuutokseen vaikuttavien tekijöiden säteilevä pakottaminen (lämmittävä vaikutus) vuoteen 2019 asti, kuten IPCC : n kuudennessa arviointiraportissa on raportoitu .

Kasvihuonekaasu ( KHK tai KHK ) on kaasu , joka absorboi ja säteilee säteilyenergian alueella terminen infrapuna -alueella, aiheuttaa kasvihuoneilmiötä . Maapallon ensisijaiset kasvihuonekaasut ovat vesihöyry ( H
2
O
), hiilidioksidi ( CO
2
), metaani ( CH
4
), typpioksidi ( N
2
O
) ja otsoni ( O 3 ). Ilman kasvihuonekaasuja maapallon keskilämpötila olisi noin -18 ° C (0 ° F) nykyisen 15 ° C (59 ° F) keskimääräisen sijasta. Venuksen , Marsin ja Titanin ilmakehässä on myös kasvihuonekaasuja.

Ihmisen toiminta teollisen vallankumouksen alusta lähtien (noin vuonna 1750) on lisännyt hiilidioksidin pitoisuutta ilmakehässä lähes 50%, 280 ppm : stä 1750: ssä 419 ppm: ään vuonna 2021. Viimeksi hiilidioksidipitoisuus oli näin korkea yli 3 miljoonaa vuotta sitten. Tämä lisäys on tapahtunut huolimatta imeytymistä enemmän kuin puoli päästöjen useiden luonnollisten hiilinielujen että hiilen kierto .

Nykyisillä kasvihuonekaasupäästöjen hinnat, lämpötila saattaa nousta 2  ° C (3,6 ° F ), jonka YK: " IPCC (IPCC) mukaan on yläraja välttää 'vaarallinen' tasolla vuoteen 2050 mennessä Suurin suurin osa ihmisen toiminnan hiilidioksidipäästöjä peräisin poltosta ja fossiilisten polttoaineiden , pääasiassa hiiltä , öljy (mukaan lukien öljy ) ja maakaasun , ylimääräisiä osuudet metsien hävittäminen ja muut muutokset maan käytössä.

Kaasut maapallon ilmakehässä

Muut kuin kasvihuonekaasut

Maapallon tärkeimmät ainesosat, typpi ( N
2
) (78%), happi ( O
2
) (21%) ja argon (Ar) (0,9%) eivät ole kasvihuonekaasuja, koska molekyylit, jotka sisältävät kaksi saman elementin atomia , kuten N
2
ja O.
2
niillä ei ole nettomuutosta sähkövaraustensa jakautumisessa, kun ne värisevät, ja yksiatomisilla kaasuilla, kuten Ar, ei ole värähtelymuotoja. Siksi ne ovat lähes täysin ennallaan vuoteen infrapunasäteilyä . Jotkut molekyylit, jotka sisältävät vain kaksi atomia eri alkuaineita, kuten hiilimonoksidia (CO) ja kloorivetyä (HCl), absorboivat infrapunasäteilyä, mutta nämä molekyylit ovat lyhytaikaisia ​​ilmakehässä niiden reaktiivisuuden tai liukoisuuden vuoksi . Siksi ne eivät vaikuta merkittävästi kasvihuoneilmiöön ja jätetään usein pois, kun keskustellaan kasvihuonekaasuista.

Kasvihuonekaasut

katso kuvateksti ja viereinen teksti
Ilmakehän absorption ja sironnan eri aallonpituuksilla on sähkömagneettisia aaltoja . Suurin hiilidioksidin absorptiovyöhyke ei ole kaukana maan lämpöpäästöjen maksimista , ja se sulkee osittain veden läpinäkyvyysikkunan; siksi sen suurin vaikutus.

Kasvihuonekaasut ovat niitä, jotka absorboivat ja emittoivat infrapunasäteilyä maan lähettämällä aallonpituusalueella . Hiilidioksidi (0,04%), typpioksidi, metaani ja otsoni ovat hivenkaasuja, jotka muodostavat lähes 0,1% maapallon ilmakehästä ja joilla on huomattava kasvihuoneilmiö.

Maapallon ilmakehän runsaimmat kasvihuonekaasut, jotka on lueteltu keskimääräisen globaalin mooliosuuden vähenevässä järjestyksessä , ovat:

Ilmakehäpitoisuudet määräytyvät lähteiden (ihmisen toiminnasta ja luonnon järjestelmistä peräisin olevan kaasun päästöt) ja nielujen (kaasun poistaminen ilmakehästä muuttamalla erilaiseksi kemialliseksi yhdisteeksi tai vesistöjen imeytyminen) tasapainon perusteella. Tietyn ajan kuluttua ilmakehään jäävän päästön osuus on " ilmassa oleva osuus " (AF). Vuosittainen ilmassa osuus on suhde ilmakehän lisääntyminen kunakin vuonna kyseisen vuoden kokonaispäästöistä. Vuodesta 2006 lähtien hiilidioksidin vuotuinen ilmassa oleva osuus
2
oli noin 0.45. Vuosittainen ilmassa oleva osuus kasvoi 0,25 ± 0,21% vuodessa vuosina 1959–2006.

Epäsuorat säteilyvaikutukset

maailmankartta hiilimonoksidipitoisuuksista alailmakehässä
Tämän kuvan väärät värit edustavat hiilimonoksidin pitoisuuksia alemmassa ilmakehässä, jotka vaihtelevat noin 390 miljoonasosasta (tummanruskeat pikselit), 220 ppm: ään (punaiset kuvapisteet) ja 50 miljoonasosaan (siniset pikselit).

CO: n hapettuminen CO: ksi
2
aiheuttaa suoraan yksiselitteisen säteilypakotuksen kasvun, vaikka syy on hienovarainen. Huippu termisen IR-emission Maan pinta on hyvin lähellä voimakkaan värähtelyn absorptioaluetta CO
2
( aallonpituus 15 mikronia tai aaltoluku 667 cm −1 ). Toisaalta yksittäinen CO -värähtelykaista absorboi infrapunasäteitä vain paljon lyhyemmillä aallonpituuksilla (4,7 mikronia eli 2145 cm −1 ), jolloin säteilyenergian emissiot maan pinnalta ovat vähintään kymmenkertaisia. Metaanin hapetus CO: ksi
2
, joka vaatii reaktioita OH -radikaalin kanssa, vähentää säteilyn imeytymistä ja päästöjä hetkellisesti CO: n jälkeen
2
on heikko kasvihuonekaasu kuin metaani. Kuitenkin CO: n ja CH: n hapetukset
4
ovat kietoutuneet yhteen, koska molemmat kuluttavat OH -radikaaleja. Joka tapauksessa säteilyn kokonaisvaikutuksen laskeminen sisältää sekä suoran että epäsuoran pakotuksen.

Toinen epäsuoran vaikutuksen tyyppi ilmenee, kun ilmakehän kemialliset reaktiot, joihin nämä kaasut vaikuttavat, muuttavat kasvihuonekaasujen pitoisuuksia. Esimerkiksi muiden kuin metaanin haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (NMVOC) tuhoutuminen ilmakehässä voi tuottaa otsonia. Epäsuoran vaikutuksen koko voi riippua voimakkaasti siitä, missä ja milloin kaasu päästetään.

Metaanilla on epäsuoria vaikutuksia hiilidioksidin muodostumisen lisäksi
2
. Tärkein kemikaali, joka reagoi metaanin kanssa ilmakehässä, on hydroksyyliradikaali (OH), joten enemmän metaania tarkoittaa, että OH -pitoisuus laskee. Metaani pidentää tehokkaasti omaa ilmakehäänsä ja siten sen yleistä säteilyvaikutusta. Metaanin hapettuminen voi tuottaa sekä otsonia että vettä; ja se on merkittävä vesihöyryn lähde normaalisti kuivassa stratosfäärissä . CO ja NMVOCs tuottavat CO
2
kun ne hapettuvat. Ne poistavat OH: n ilmakehästä, mikä johtaa korkeampiin metaanipitoisuuksiin. Tämän yllättävä vaikutus on, että hiilidioksidin ilmaston lämpenemispotentiaali on kolme kertaa suurempi kuin hiilidioksidin
2
. Sama prosessi, joka muuntaa NMVOC -yhdisteet hiilidioksidiksi, voi johtaa myös troposfäärin otsonin muodostumiseen. Halokarboneilla on välillinen vaikutus, koska ne tuhoavat stratosfäärin otsonin. Lopuksi vety voi johtaa otsonin tuotantoon ja CH
4
lisääntyy sekä tuottaa stratosfääristä vesihöyryä.

Pilvien vaikutus maapallon kasvihuoneilmiöön

Maapallon kasvihuoneilmiöön vaikuttava suurin kaasutekijä, pilvet , myös absorboivat ja lähettävät infrapunasäteilyä ja vaikuttavat siten kasvihuonekaasujen säteilyominaisuuksiin. Pilvet ovat vesipisaroita tai jääkiteitä, jotka ovat suspendoituneet ilmakehään.

Vesihöyryn rooli

Vesihöyryn lisääntyminen stratosfäärissä Boulderissa, Coloradossa

Vesihöyryn osuus kasvihuoneilmiöstä on suurin, 36–66% kirkkaalla taivaalla ja 66–85% pilvien mukana. Vesihöyryn pitoisuudet vaihtelevat alueellisesti, mutta ihmisen toiminta ei vaikuta suoraan vesihöyryn pitoisuuteen paitsi paikallisessa mittakaavassa, kuten lähellä kastettuja kenttiä. Epäsuorasti ihmisen toiminta, joka nostaa maapallon lämpötiloja, lisää vesihöyryn pitoisuutta, jota kutsutaan vesihöyryn takaisinkytkennäksi. Höyryn pitoisuus ilmakehässä on hyvin vaihteleva ja riippuu suurelta osin lämpötilasta, alle 0,01% erittäin kylmillä alueilla 3%: iin massaan kyllästetyssä ilmassa noin 32 ° C: ssa. (Katso Suhteellinen kosteus#Muita tärkeitä seikkoja .)

Vesimolekyylin keskimääräinen viipymisaika ilmakehässä on vain noin yhdeksän päivää verrattuna muihin kasvihuonekaasuihin, kuten CH
4
ja CO
2
. Vesihöyry reagoi ja vahvistaa muiden kasvihuonekaasujen vaikutuksia. Clausiuksen-Clapeyronin nähden laatii että enemmän vesihöyryä on läsnä tilavuusyksikköä kohti korkeissa lämpötiloissa. Tämä ja muut perusperiaatteet osoittavat, että muiden kasvihuonekaasujen lisääntyneisiin pitoisuuksiin liittyvä lämpeneminen lisää myös vesihöyryn pitoisuutta (olettaen, että suhteellinen kosteus pysyy suunnilleen vakiona; mallinnus ja havainnointitutkimukset osoittavat, että näin on). Koska vesihöyry on kasvihuonekaasu, se johtaa edelleen lämpenemiseen ja samoin " positiivinen palaute ", joka vahvistaa alkuperäistä lämpenemistä. Lopulta muut maaprosessit kompensoivat näitä positiivisia palautteita, vakauttaen maapallon lämpötilan uudessa tasapainossa ja estäen maapallon veden menetyksen Venuksen kaltaisen karkaavan kasvihuoneilmiön kautta .

Vaikutukset kasvihuoneilmiöön

katso kuvateksti ja viereinen teksti
Schmidt et ai. (2010) analysoivat, miten ilmakehän yksittäiset komponentit vaikuttavat kasvihuoneilmiöön. He arvioivat, että vesihöyryn osuus maapallon kasvihuoneilmiöstä on noin 50%, pilvien osuus 25%, hiilidioksidin 20%ja vähäisten kasvihuonekaasujen ja aerosolien osuus loput 5%. Tutkimuksessa vertailumallin ilmapiiri on vuoden 1980 olosuhteille. Kuva: NASA .

Kunkin kaasun vaikutus kasvihuoneilmiöön määräytyy kyseisen kaasun ominaisuuksien, runsauden ja sen mahdollisesti aiheuttamien epäsuorien vaikutusten perusteella. Esimerkiksi metaanimassan suora säteilyvaikutus on noin 84 kertaa voimakkaampi kuin sama hiilidioksidimassa 20 vuoden aikana, mutta sitä esiintyy paljon pienempinä pitoisuuksina, joten sen suora suora säteilyvaikutus on toistaiseksi ollut pienempi, osittain sen lyhyemmän ilmakehän eliniän vuoksi ilman lisähiilen sitomista . Toisaalta metaanilla on suoran säteilyvaikutuksensa lisäksi suuri, epäsuora säteilyvaikutus, koska se edistää otsonin muodostumista. Shindell et ai. (2005) väittää, että metaanin vaikutus ilmastonmuutokseen on vähintään kaksinkertainen aiempiin arvioihin tämän vaikutuksen seurauksena.

Kun ne luokitellaan niiden välittömän vaikutuksen vuoksi kasvihuoneilmiöön, tärkeimmät ovat:

Yhdiste
 
Kaava
 
Pitoisuus
ilmakehässä (ppm)
Panos
(%)
Vesihöyryä ja pilviä H
2
O
10–50 000 (A) 36–72%  
Hiilidioksidi CO
2
~ 400 9–26%
Metaani CH
4
~ 1.8 4–9%  
Otsoni O
3
2–8 (B) 3–7%  
huomautuksia:

(A) Vesihöyry vaihtelee voimakkaasti paikallisesti
(B) Pitoisuus stratosfäärissä. Noin 90% maapallon otsonista on stratosfäärissä.

Edellä mainittujen tärkeimpien kasvihuonekaasujen lisäksi muita kasvihuonekaasuja ovat rikkiheksafluoridi , fluorihiilivedyt ja perfluorihiilivedyt (katso IPCC: n kasvihuonekaasuluettelo ). Joitakin kasvihuonekaasuja ei usein luetella. Esimerkiksi typpitrifluoridilla on suuri ilmaston lämpenemispotentiaali (GWP), mutta sitä esiintyy vain hyvin pieninä määrinä.

Suorien vaikutusten osuus tietyllä hetkellä

Ei voida sanoa, että tietty kaasu aiheuttaa tarkan prosenttiosuuden kasvihuoneilmiöstä. Tämä johtuu siitä, että jotkut kaasut absorboivat ja lähettävät säteilyä samoilla taajuuksilla kuin toiset, joten kasvihuoneilmiön kokonaisvaikutus ei ole pelkästään kunkin kaasun vaikutuksen summa. Mainittujen alueiden ylemmät päät ovat erikseen kullekin kaasulle; alapäät muodostavat päällekkäisyyksiä muiden kaasujen kanssa. Lisäksi joillakin kaasuilla, kuten metaanilla, tiedetään olevan suuria epäsuoria vaikutuksia, joita vielä määritetään.

Ilmakehän elinikä

Lukuun ottamatta vesihöyryä , jonka viipymisaika on noin yhdeksän päivää, suuret kasvihuonekaasut sekoittuvat hyvin ja kestävät monta vuotta poistua ilmakehästä. Vaikka ei ole helppoa tietää tarkasti, kuinka kauan kestää kasvihuonekaasujen poistuminen ilmakehästä, tärkeimmistä kasvihuonekaasuista on arvioita. Jacob (1999) määrittelee ilmakehän lajin X elinkaaren yhden laatikon mallissa keskimääräiseksi ajaksi, jonka X-molekyyli pysyy laatikossa. Matemaattisesti voidaan määritellä massan suhde (kg) X laatikossa sen poistamisen nopeus, joka on summa virtauksen X ulos laatikosta ( ), kemiallinen menetys X ( ), ja laskeuma ja X ( ) (kaikki kg / s): . Jos tämän kaasun syöttö laatikkoon lakkaa , sen pitoisuus laskee ajan myötä noin 63%.

Lajin elinikä ilmakehässä mittaa siksi aikaa, joka tarvitaan tasapainon palauttamiseen sen pitoisuuden äkillisen nousun tai vähenemisen jälkeen ilmakehässä. Yksittäiset atomit tai molekyylit voivat kadota tai kerääntyä nieluihin, kuten maaperään, valtameriin ja muihin vesiin tai kasvillisuuteen ja muihin biologisiin järjestelmiin, mikä vähentää ylimäärästä taustapitoisuuksiin. Keskimääräinen aika tämän saavuttamiseen on keskimääräinen käyttöikä .

Hiilidioksidilla on vaihteleva ilmakehä, eikä sitä voida määrittää tarkasti. Vaikka yli puolet CO: sta
2
päästö poistuu ilmakehästä vuosisadan kuluessa, osa (noin 20%) hiilidioksidista
2
pysyy ilmakehässä tuhansia vuosia. Samanlaisia ​​kysymyksiä sovelletaan muihin kasvihuonekaasuihin, joista monien käyttöikä on pidempi kuin CO
2
, Esimerkiksi N 2 O on keskimääräinen elinikä ilmakehässä 121 vuosi.

Säteilevä pakotus ja vuotuinen kasvihuonekaasuindeksi

Pitkäikäisten ilmakehän kasvihuonekaasujen säteilevä pakotus (lämmittävä vaikutus) on kiihtynyt, lähes kaksinkertaistunut 40 vuodessa.

Maa absorboi osan auringosta saadusta säteilyenergiasta, heijastaa osan siitä valona ja heijastaa tai säteilee loput takaisin avaruuteen lämmönä . Maan pintalämpötila riippuu tästä tasapainosta tulevan ja lähtevän energian välillä. Jos tätä energiatasapainoa muutetaan, maapallon pinta lämpenee tai jäähtyy, mikä johtaa monenlaisiin muutoksiin globaalissa ilmastossa.

Monet luonnolliset ja ihmisen luomat mekanismit voivat vaikuttaa globaaliin energiataseeseen ja pakottaa muutoksia maapallon ilmastoon. Kasvihuonekaasut ovat yksi tällainen mekanismi. Kasvihuonekaasut absorboivat ja emittoivat osan maapallon säteilystä lähtevästä energiasta aiheuttaen lämmön pysymisen alemmassa ilmakehässä. Kuten edellä on selitetty , jotkut kasvihuonekaasut pysyvät ilmakehässä vuosikymmeniä tai jopa vuosisatoja ja voivat siksi vaikuttaa maapallon energiatasapainoon pitkän ajan. Säteilypakotus kvantifioi (watteina neliömetriä kohti) maapallon energiatasapainoon vaikuttavien tekijöiden vaikutuksen; mukaan lukien muutokset kasvihuonekaasupitoisuuksissa. Positiivinen säteilypakotus johtaa lämpenemiseen lisäämällä tulevaa nettoenergiaa, kun taas negatiivinen säteilypakotus johtaa jäähtymiseen.

NOAA: n ilmastotutkijat määrittelevät vuotuisen kasvihuonekaasuindeksin (AGGI) vuotuisen ja hyvin sekoittuneiden kasvihuonekaasujen aiheuttaman suoran säteilyn pakottamisen suhteeksi mihin tahansa vuoteen, jolta on olemassa riittävät maailmanlaajuiset mittaukset, tähän vuoteen 1990 Nämä säteilevät pakotustasot ovat suhteessa vuoden 1750 (eli ennen teollisen aikakauden alkua ) tasoihin . Vuosi 1990 on valittu, koska se on Kioton pöytäkirjan perusvuosi ja ensimmäisen IPCC: n ilmastonmuutoksen tieteellisen arvioinnin julkaisuvuosi . Siten NOAA toteaa, että AGGI "mittaa (globaalin) yhteiskunnan jo tekemän sitoumuksen elää muuttuvassa ilmastossa. Se perustuu korkealaatuisiin ilmakehän havaintoihin ympäri maailmaa. Sen epävarmuus on hyvin alhainen."

Maapallon lämpenemispotentiaali

Kasvihuonevaikutuksesta (GWP) riippuu sekä tehokkuutta molekyylin kasvihuonekaasu ja sen ilmakehässä. GWP on mitattu suhteessa samaan massa on CO
2
ja arvioidaan tietyn ajan kuluessa. Jos kaasulla on suuri (positiivinen) säteilypakotus mutta myös lyhyt käyttöikä, sillä on suuri GWP 20 vuoden mittakaavassa mutta pieni 100 vuoden mittakaavassa. Päinvastoin, jos molekyylin ilmakehä on pidempi kuin CO
2
sen GWP kasvaa, kun ajat otetaan huomioon. Hiilidioksidin GWP on määritelty 1: ksi kaikkina ajanjaksoina.

Metaanin käyttöikä ilmakehässä on 12 ± 3 vuotta. 2007 IPCC luettelee GWP kuin 72 yli ajassa 20 vuotta, 25 yli 100 vuotta ja 7,6 yli 500 vuotta. Vuoden 2014 analyysi kuitenkin osoittaa, että vaikka metaanin alkuperäinen vaikutus on noin 100 kertaa suurempi kuin hiilidioksidin
2
, koska ilmakehän käyttöikä on lyhyempi, kuuden tai seitsemän vuosikymmenen jälkeen näiden kahden kaasun vaikutus on suunnilleen yhtä suuri, ja siitä lähtien metaanin suhteellinen rooli laskee edelleen. GWP: n lasku pitempään johtuu siitä, että metaani hajoaa veteen ja hiilidioksidiin
2
ilmakehän kemiallisten reaktioiden kautta.

Esimerkkejä ilmakehän eliniästä ja GWP suhteessa hiilidioksidiin
2
Seuraavassa taulukossa on esitetty useita kasvihuonekaasuja:

Ilmakehän elinikä ja GWP suhteessa hiilidioksidipäästöihin
2
eri ajanjaksoilla eri kasvihuonekaasuille
Kaasun nimi Kemiallinen
kaava
Elinikä
(vuotta)
Säteilytehokkuus
(Wm −2 ppb −1 , molaarinen perusta)
Ilmaston lämpenemispotentiaali (GWP) tietylle ajanjaksolle
20-v 100-v 500-v
Hiilidioksidi CO
2
(A) 1,37 × 10 −5 1 1 1
Metaani CH
4
12 3,63 × 10 −4 84 28 7.6
Typpioksidi N
2
O
121 3 × 10 −3 264 265 153
CFC-12 CCl
2
F
2
100 0,32 10 800 10 200 5200
HCFC-22 CHClF
2
12 0.21 5280 1760 549
Tetrafluorimetaani CF
4
50000 0,09 4880 6630 11200
Heksafluorietaani C
2
F
6
10000 0,25 8 210 11100 18200
Rikkiheksafluoridi SF
6
3200 0,57 17 500 23500 32600
Typpitrifluoridi NF
3
500 0,20 12 800 16100 20700
(A) Mikään yksittäinen käyttöikä ilmakehän CO 2 voidaan antaa.

Käyttö CFC-12 (lukuun ottamatta joitakin välttämättömiä käyttötarkoituksia) on asteittain, koska sen otsonia tuhoavia ominaisuuksia. Vähemmän aktiivisten HCFC-yhdisteiden poistaminen käytöstä lopetetaan vuonna 2030.

Hiilidioksidi on maapallon 's ilmakehään jos puoli on maapallon lämpeneminen päästöt eivät ole imeytynyt.
( NASA -simulointi ; 9. marraskuuta 2015)

Luonnolliset ja ihmisen aiheuttamat lähteet

katso kuvateksti ja artikkelin teksti
Yläosa: Ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousu mitattuna ilmakehässä ja heijastuu jään ytimiin . Pohja: Ilmakehän hiilidioksidin lisäyksen määrä verrattuna fossiilisten polttoaineiden polttamisesta aiheutuviin hiilidioksidipäästöihin .

Puhtaasti ihmisen tuottamien synteettisten halogeenihiilivetyjen lisäksi useimmilla kasvihuonekaasuilla on sekä luonnollisia että ihmisen aiheuttamia lähteitä. Aikana esiteollinen Holoseeni , pitoisuudet olemassa olevien kaasujen oli suunnilleen vakio, koska suuri luonnon lähteet ja nielut noin tasapainottavat. Teollisuuden aikakaudella ihmisen toiminta on lisännyt ilmakehään kasvihuonekaasuja pääasiassa fossiilisten polttoaineiden polttamisen ja metsien raivaamisen kautta.

IPCC: n (AR4) kokoamassa vuoden 2007 neljännessä arviointiraportissa todettiin, että "muutokset kasvihuonekaasujen ja aerosolien, maaperän ja auringon säteilyn pitoisuuksissa ilmakehässä muuttavat ilmastojärjestelmän energiatasapainoa", ja todettiin, että "ihmisen aiheuttamien kasvihuonekaasupitoisuuksien nousu" on todennäköisesti aiheuttanut suurimman osan maailman keskilämpötilojen noususta 1900-luvun puolivälin jälkeen. " AR4: ssä "suurin osa" määritellään yli 50%: ksi.

Alla olevissa kahdessa taulukossa käytetyt lyhenteet: ppm = miljoonasosaa ; ppb = miljardia osaa; ppt = osaa / triljoonaa; W / m 2 = wattia per neliömetri

Nykyiset kasvihuonekaasupitoisuudet
Kaasu Pre-1750
troposfäärin
pitoisuus
Viimeaikaiset
troposfäärin
pitoisuus
Ehdoton lisäys
vuodesta 1750
Prosentuaalinen
lisäys
vuodesta 1750
Lisääntynyt
säteilypakotus
(W/m 2 )
Hiilidioksidi ( CO
2
)
280  sivua / min 411 sivua / min 131 sivua / min 47 % 2.05
Metaani ( CH
4
)
700 ppb 1893 ppb /
1762 ppb
1193 ppb /
1062 ppb
170,4% /
151,7%
0,49
Typpioksidi ( N
2
O
)
270 ppb 326 ppb /
324 ppb
56 sivua /
54 sivua / min
20,7% /
20,0%
0,17
Troposfäärinen
otsoni ( O
3
)
237 sivua 337 sivua 100 ppb 42% 0.4
Liittyy säteilyn pakottamiseen ja/tai otsonin heikentymiseen ; Kaikilla seuraavilla ei ole luonnollisia lähteitä, joten niitä ei ole esiteolliseen aikaan
Kaasu Viimeaikaiset
troposfäärin
pitoisuus
Lisääntynyt
säteilypakotus
(W/m 2 )
CFC-11
(trikloorifluorimetaani)
( CCl
3
F
)
236 pistettä /
234 pistettä
0,061
CFC-12 ( CCl
2
F
2
)
527 pistettä /
527 pistettä
0,169
CFC-113 ( Cl
2
FC-CClF
2
)
74 pistettä /
74 pistettä
0,022
HCFC-22 ( CHClF
2
)
231 pistettä /
210 pistettä
0,046
HCFC-141b ( CH
3
CCl
2
F
)
24 pistettä /
21 pistettä
0,0036
HCFC-142b ( CH
3
CClF
2
)
23 pistettä /
21 pistettä
0,0042
Halon 1211 ( CBrClF
2
)
4,1 pistettä /
4,0 pistettä
0,0012
Halon 1301 ( CBrClF
3
)
3,3 pistettä /
3,3 pistettä
0,001
HFC-134a ( CH
2
FCF
3
)
75 pistettä /
64 pistettä
0,0108
Hiilitetrakloridi ( CCl
4
)
85 pistettä /
83 pistettä
0,0143
Rikkiheksafluoridi ( SF
6
)
7,79 pistettä /
7,39 pistettä
0,0043
Muut halogeenihiilit Vaihtelee
aineen mukaan
yhteensä
0,02
Halokarbonaaleja yhteensä 0,3574
katso kuvateksti ja artikkelin teksti
400 000 vuoden jään ydintieto

Jääytimet antavat todisteita kasvihuonekaasupitoisuuksien vaihteluista viimeisten 800 000 vuoden aikana (katso seuraava kappale ). Molemmat CO
2
ja CH
4
vaihtelevat jääkauden ja jäävälien välillä, ja näiden kaasujen pitoisuudet korreloivat voimakkaasti lämpötilan kanssa. Suoraa dataa ei ole olemassa aikakausilta, jotka ovat edustettuina jään ydintietueessa, tietueessa, joka ilmaisee CO
2
moolifraktiot pysyivät alueella 180 ppm - 280 ppm viimeisen 800 000 vuoden ajan, kunnes viimeisten 250 vuoden kasvu on lisääntynyt. Eri valtakirjat ja mallinnus kuitenkin viittaavat suurempiin vaihteluihin menneissä aikakausissa; 500 miljoonaa vuotta sitten CO
2
taso oli todennäköisesti 10 kertaa korkeampi kuin nyt. Itse asiassa korkeampi CO
2
pitoisuuksien uskotaan vallitsevan suurimmalla osalla Phanerozoic Eonia , pitoisuuksilla neljä -kuusi kertaa nykyiset pitoisuudet Mesozoic -aikakauden aikana ja kymmenen -viisitoista kertaa nykyiset pitoisuudet varhaisen paleozoisen aikakauden aikana Devonin puolivälin puoliväliin , noin 400 miljoonaa . Maakasvien leviämisen uskotaan vähentäneen hiilidioksidipäästöjä
2
pitoisuudet Devonin myöhään ja kasvien toiminta sekä
CO: n lähteinä että nieluina
2
ovat sittemmin olleet tärkeitä vakauttavan palautteen tarjoamisessa. Aiemmin 200 miljoonan vuoden jaksottainen, laajalle levinnyt jäätikkö, joka ulottuu lähellä päiväntasaajaa ( Lumipallomaa ), näyttää päättyneen äkillisesti, noin 550 miljoonalla, valtavalla tulivuorenkaasulla, joka nosti hiilidioksidipäästöjä
2
ilmakehän pitoisuus äkillisesti 12%: iin, noin 350 kertaa nykyaikainen taso, aiheuttaen äärimmäisiä kasvihuoneolosuhteita ja karbonaattikerrostumia kalkkikivinä noin 1 mm päivässä. Tämä jakso merkitsi Precambrian Eonin sulkemista , ja sitä seurasivat yleisesti lämpimämmät olosuhteet Phanerozoicissa, jonka aikana monisoluinen eläinten ja kasvien elämä kehittyi. Vastaavaa mittakaavan tulivuoren hiilidioksidipäästöjä ei ole tapahtunut sen jälkeen. Nykyaikana tulivuorten päästöt ilmakehään ovat noin 0,645 miljardia tonnia hiilidioksidia
2
vuosittain, kun taas ihmiset tuottavat 29 miljardia tonnia hiilidioksidia
2
joka vuosi.

Jään ytimet

Etelämantereen jään ytimien mittaukset osoittavat, että ennen teollisten päästöjen alkamista ilmakehän CO
2
moolifraktiot olivat noin 280 miljoonasosaa (ppm) ja pysyivät 260 ja 280 välillä edeltävien kymmenen tuhannen vuoden aikana. Hiilidioksidin moolifraktiot ilmakehässä ovat nousseet noin 35 prosenttia 1900 -luvulta lähtien ja nousseet 280 tilavuusprosentista 387 miljoonasosaan vuonna 2009. Yksi tutkimus, jossa on käytetty todisteita fossiilisten lehtien stomatoista , viittaa suurempaan vaihtelevuuteen hiilidioksidin kanssa yli 300 ppm: n moolijakeet seitsemän - kymmenentuhatta vuotta sitten, vaikka toiset ovat väittäneet, että nämä havainnot heijastavat todennäköisemmin kalibrointi- tai saastumisongelmia kuin todellista hiilidioksidia
2
vaihtelevuus. Koska ilma on jäänyt loukkuun (jään huokoset sulkeutuvat hitaasti muodostaen kuplia syvälle kuoren sisään) ja kussakin analysoidussa jäänäytteessä esitetyn ajanjakson, nämä luvut edustavat keskimäärin jopa muutaman vuosisadan ilmakehän pitoisuuksia kuin vuositasolla tai vuosikymmenellä.

Muutoksia teollisen vallankumouksen jälkeen

Katso kuvateksti
Ilmakehän hiilidioksidipäästöjen kasvu viime vuosina
2
.
Katso kuvateksti
Merkittävimmät kasvihuonekaasutrendit.

Teollisen vallankumouksen alusta lähtien monien kasvihuonekaasujen pitoisuudet ovat nousseet. Esimerkiksi hiilidioksidin mooliosuus on noussut 280 ppm: stä 415 ppm: ään tai 120 ppm: ään nykyaikaisella esiteollisella tasolla. Ensimmäinen 30 ppm lisäys tapahtui noin 200 vuodessa teollisen vallankumouksen alusta vuoteen 1958; seuraava 90 ppm: n lisäys tapahtui kuitenkin 56 vuoden sisällä, vuodesta 1958 vuoteen 2014.

Viimeaikaiset tiedot osoittavat myös, että pitoisuus kasvaa nopeammin. 1960 -luvulla keskimääräinen vuotuinen lisäys oli vain 37% siitä, mitä se oli vuosina 2000-2007.

Kumulatiiviset kokonaispäästöt vuosina 1870-2017 olivat 425 ± 20 GtC (1539 GtCO 2 ) fossiilisista polttoaineista ja teollisuudesta ja 180 ± 60 GtC (660 GtCO 2 ) maankäytön muutoksista . Maankäytön muutos, kuten metsäkato , aiheutti noin 31%kumulatiivisista päästöistä vuosina 1870–2017, hiili 32%, öljy 25%ja kaasu 10%.

Nykyään ilmakehän hiilivarasto kasvaa yli 3 miljoonaa tonnia vuodessa (0,04%) verrattuna nykyiseen varastoon. Tämä kasvu johtuu ihmisen toiminnasta polttamalla fossiilisia polttoaineita, metsien hävittämisestä ja metsien huonontumisesta trooppisilla ja boreaalisilla alueilla.

Muiden ihmisen toiminnasta syntyvien kasvihuonekaasujen määrä kasvaa ja lisääntyvät samalla tavalla. Monet havainnot ovat saatavilla verkossa erilaisissa ilmakehän kemian havaintotietokannoissa .

Antropogeeniset kasvihuonekaasupäästöt

Noin vuoden 1750 jälkeen ihmisen toiminta on lisännyt hiilidioksidin ja muiden kasvihuonekaasujen pitoisuutta. Vuodesta 2021 lähtien mitatut ilmakehän hiilidioksidipitoisuudet olivat lähes 50% korkeammat kuin esiteollisella tasolla. Luonnolliset hiilidioksidilähteet ovat yli 20 kertaa suurempia kuin ihmisen toiminnan aiheuttamat lähteet, mutta yli muutaman vuoden ajan luonnonlähteitä tasapainottavat luonnolliset nieluja, lähinnä kasvien ja meriplanktonin fotosynteesi . Maanpäällisen infrapunasäteilyn absorboiminen pitkäaaltoisia absorboivissa kaasuissa tekee maapallosta vähemmän tehokkaan säteilijän. Siksi maapallon on noustava, jotta maapallo päästää niin paljon energiaa kuin imeytyy.

Fossiilisten polttoaineiden polttamisen arvioidaan aiheuttaneen 62% vuoden 2015 ihmisen kasvihuonekaasupäästöistä. Suurin yksittäinen lähde on hiilivoimalaitokset, joiden kasvihuonekaasupäästöistä 20% on 2021.

Poisto ilmakehästä

Luonnolliset prosessit

Kasvihuonekaasut voidaan poistaa ilmakehästä eri prosesseilla seuraavista syistä:

Negatiiviset päästöt

Useat tekniikat poistavat kasvihuonekaasupäästöt ilmakehästä. Laajimmin analysoituja ovat ne, jotka poistavat hiilidioksidia ilmakehästä joko geologisiin muodostumiin, kuten bioenergiaan, jossa on hiilidioksidin talteenotto ja varastointi ja hiilidioksidin ilman talteenotto , tai maaperään, kuten biokiven kanssa . IPCC on huomauttanut, että monet pitkän aikavälin ilmastoskenaariomallit vaativat suuria ihmisen aiheuttamia negatiivisia päästöjä vakavan ilmastonmuutoksen välttämiseksi.

Tieteellisen tutkimuksen historia

1800 -luvun lopulla tutkijat havaitsivat kokeellisesti, että N.
2
ja O.
2
eivät absorboi infrapunasäteilyä (jota tuolloin kutsuttiin "tummaksi säteilyksi"), kun taas vesi (sekä todellisena höyrynä että tiivistyneenä pilviin suspendoituneina mikroskooppisina pisaroina) ja CO
2
ja muut polyatomiset kaasumaiset molekyylit absorboivat infrapunasäteilyä. 1900 -luvun alussa tutkijat ymmärsivät, että ilmakehän kasvihuonekaasut nostivat maapallon kokonaislämpötilan korkeammaksi kuin ilman niitä. Aikana myöhään 20. vuosisadan tieteellinen konsensus kehittynyt, että kasvava kasvihuonekaasujen pitoisuuksia ilmakehässä aiheuttaa huomattava nousu maapallon lämpötilan ja muutokset muualla ilmastojärjestelmän, jossa vaikutukset että ympäristölle ja ihmisten terveydelle .

Katso myös

Viitteet

Lue lisää

Ulkoiset linkit