انواع گازهای گلخانه‌ای، مقادیر و سهم آنها
غالب‌ترین گاز گلخانه‌ای موجود در اتمسفر بخار آب میباشد که در دو سوم از اثرات گازهای گلخانه‌ای سهیم میباشد.
انواع گازهای گلخانه‌ای، مقادیر و سهم آنها
گازهای گلخانه‌ای شامل دی‌اکسید کربن (CO2)، متان (CH4)، سولفورهگزافلوراید (SF6)، بخار آب (H2O)، اکسید نیتروس (N2O)، هیدروفلوروکربن‌‌ها (HFCs) و ترکیبات پرفلورینه (PFCs) می‌‌شود. مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای شامل دی‌اکسید کربن، متان و اکسید نیتروس میباشد، اما غالب‌ترین گاز گلخانه‌ای موجود در اتمسفر بخار آب میباشد که در دو سوم از اثرات گازهای گلخانه‌ای سهیم میباشد. مابقی (یک سوم) اثرات گازهای گلخانه‌ای را به سایر گاز‌ها نسبت می‌‌دهند و در واقع این اثرات را به عنوان «اثرات گازهای گلخانه‌ای افزایش‌یافته» و یا «اثرات گازهای گلخانه‌ای انسانی» بیان می‌‌کنند. حدود 75 درصد (سه چهارم) از اثرات گازهای گلخانه‌ای افزایش یافته یا اثرات گازهای گلخانه‌ای انسانی به دی‌اکسید کربن نسبت داده می‌‌شود. بیشتر گازهای گلخانه‌ای (دی‌اکسید کربن، متان، اکسید نیتروس و بخار آب) از طریق منابع طبیعی منتشر می‌‌شوند و برای مدت زمان طولانی در اتمسفر باقی می‌‌مانند. اخیراً گازهای گلخانه‌ای اضافی که توسط منابع انسان‌ساز تولید می‌‌شود در تغییرات شدید اقلیمی و آب و هوایی نقش عمده‌ای دارند. با آغاز عصر صنعتی، فعالیت‌های انسانی عمده‌ترین عامل تأثیرگذار بر روی تغییرات اتمسفری میباشد. سازمان حفاظت محیط‌زیست آمریکا تقسیم‌بندی گازهای گلخانه‌ای را به‌گونه‌ای دیگر که در جدول 1 آورده شده، انجام داده است(8).
دی‌اکسید کربن
انتشارات CO2 به انتشارات کربن اشاره دارد و عمدتاً به علت احتراق سوخت‌ها در نیروگاه‌های تولید برق، موتورهای وسایل نقلیه، گرمایش ساختمآن‌ها و فرایندهای صنعتی تولید و منتشر می شود. برای مثال احتراق متان توسط اکسیژن خالص می‌‌تواند مثالی ساده باشد که واکنش این فرآیند در زیر آورده شده است:
گرما +CH4 + O2 → CO2 + H2O
انتشار جهانی دی‌اکسید کربن 105×7/2 میلیون‌تن در سال میباشد که از این مقدار 105×0/23 میلیون تن در سال از منابع انسان‌ساخت که در مورد آنها صحبت شد و 105×7 میلیون تن در سال از منابع طبیعی منتشر می‌‌شود. انتشار جهانی دی‌اکسید کربن با افزایش جمعیت جهان، از 21/2 به 26/9 میلیارد تن افزایش یافته است. تقریباً هیچگونه افزایشی در آمریکای شمالی مشاهده نشده است و یک کاهش قابل‌توجهی در اروپا اتفاق افتاده است درحالی‌که انتشارات دی‌اکسید کربن در آسیا دو برابر شده است. میزان انتشار دی‌اکسید کربن توسط کشورهای عضو اتحادیه اروپا 3250 میلیون تن در سال به ازای منابع طبیعی و انسان‌ساخت ذکر شده است. برآورد شده است که در کشور فرانسه حدود 30 درصد از گازهای گلخانه‌ای توسط فضولات احشام یا چارپایان اهلی تولید می‌‌شود. در کشور فرانسه همچنین به طور مثال 32 درصد از انتشارات متان به انتشارات کشاورزی ـ جنگلی و 44 درصد از انتشارات اکسید نیتروس به مدیریت فضولات حیوانی اختصاص دارد. علاوه‌براین، صنعت گاز و نفت نیز منجر به انتشار CH4 می‌‌شوند. CH4 همچنین می‌‌تواند به علت هضم بیولوژیکی بیومس‌های ناشی از فعالیت‌های کشاورزی و مکآنهای دفن بهداشتی انتشار یابد. فرآیندهای صنعتی HFCs و PFCs تولید می‌‌کنند. در طول 50 سال گذشته، گرم شدن جهانی به گازهای گلخانه‌ای نسبت داده شده است و دانشمندان پیش‌بینی کرده‌اند که در قرن بعد دمای زمین 1/4 تا 5/8 درجه سانتی‌گراد گرمتر خواهد شد. با افزایش گازهای گلخانه‌ای در اتمسفر، اشعه مادون قرمز یا فروسرخ منعکس شده و به درون جو زمین بازتابش می‌‌شود که منجر به گرم شدن سطح زمین می‌‌شود. سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا سه گروه عمده از گازهای گلخانه‌ای که در پتانسیل گرمایش جهانی دارای اهمیت بسیار زیادی هستند را هیدروکلروفلوروکربن‌ها، پرفلوروکربنها و سولفور هگزافلوراید عنوان کرده است. در 100 سال گذشته درجه حرارت زمین به طور متوسط 0/7 درجه سانتی‌گراد افزایش یافته است و دانشمندان معتقدند اگر انتشار گازهای گلخانه‌ای به روند خود ادامه دهد درجه حرارت زمین تا بیشتر از 5 درجه سانتی‌گراد تا سال 2100 افزایش خواهد یافت. علاوه‌براین، لازم به ذکر است که حتی اگر تولید و انتشار انسان‌ساخت این گاز‌ها متوقف شود به علت اینکه این گاز‌ها دارای طول عمر طولانی در اتمسفر هستند دمای جهانی تا سال‌های متمادی افزایش خواهد یافت(9). در جدول 2 به طول عمر برخی از این گازهای گلخانه‌ای و همینطور پتانسیل گرمایش جهانی آنها اشاره شده است.
گازهای گلخانه‌ای سمی نیستند مگر اینکه در غلظت بسیار بالا در اتمسفر حضور داشته باشند تا منجر به اثرات سمی شوند. غلظت‌های بالاتر از حد معمول خود در جو ممکن است منجر به گرم شدن زمین و تغییرات آب و هوایی با عواقب احتمالی فاجعه بار در کره زمین شود. از دیگر اثرات مخرب افزایش گازهای گلخانه‌ای میتوان به تخریب لایه ازن اشاره کرد(9).
جدول 1. تقسیم‌بندی گازهای گلخانه‌ای بر اساس سازمان حفاظت محیط‌زیست آمریکا.
| گازهای گلخانه‌ای | سهم گازهای گلخانه‌ای (درصد) | منابع تولیدکننده گازهای گلخانه‌ای و سهم هر کدام از آنها (درصد) |
| دی‌اکسید کربن | 50 |
سوخت‌های فسیلی (35)
جنگل‌زدایی (10)
کشاورزی (3)
صنعت (2) |
| متان | 16 |
سوخت‌های فسیلی (4)
جنگل‌زدایی (4)
کشاورزی (8) |
| اکسید نیتروس | 6 |
سوخت‌های فسیلی (4)
کشاورزی (2) |
| کلروفلوروکربنها | 20 | صنعت (20) |
| ازن | 8 |
سوخت‌های فسیلی (6)
صنعت (2) |
جدول 2. طول عمر برخی از این گازهای گلخانه‌ای و همینطور پتانسیل گرمایش جهانی آنها.
| گازهای گلخانه‌ای | طول عمر آنها در اتمسفر (سال) | پتانسیل گرمایش جهانی |
| دی اکسید کربن | 50-200 | 1 |
| متان | 12 | 21 |
| اکسید نیتروس | 120 | 310 |
| هیدروکلروفلوروکربن‌ها | 1/5-260 | 11700 – 140 |
| پرفلوروکربنها | 10000 –2600 | 7400 |
| سولفور هگزافلوراید | 3200 | 23900 |
متان
متان به طور وسیعی توسط انواع فرآیندهای بی‌هوازی تولید می‌‌شود. عمده‌ترین منبع طبیعی تولید متان شامل باکتری‌های تجزیه‌کننده در وتلندها میباشد، در صورتیکه عمده‌ترین منابع انسان‌ساخت گاز متان مزارع برنج میباشد. از دیگر منابع انسان‌ساخت تولید متان میتوان به دستگاه گوارش حیوانات نشخوارکننده از قبیل گاو و گوسفند اشاره کرد. در واقع گاو و گوسفند 70 – 20 درصد از انتشارات متان مربوط به حیوانات را به خود اختصاص می‌‌دهند. یک گاو در حدود 70 کیلوگرم متان در هر سال منتشر می‌کند، یک گوسفند در حدود 8 کیلوگرم و یک خوک حدود 1/5 کیلوگرم. در مجموع حیوانات مزارع مقادیر بسیار زیادی متان تولید می‌‌کنند. متان در نهایت در اتمسفر به دی‌اکسید کربن (دیگر گاز گلخانه‌ای) تبدیل می‌‌شود که این تبدیل به علت واکنش متان با رادیکال هیدروکسیل (OH، همچنین در تولید فتوشیمی‌ایی ازن دخیل است) میباشد. انتشار جهانی متان 535 میلیون تن در سال ذکر شده است که از این مقدار 375 میلیون تن در سال برای منابع انسان‌ساخت و 160 میلیون تن در سال برای منابع طبیعی بوده است. انتشار این گاز گلخانه‌ای توسط کشورهای عضو اتحادیه اروپا 27/2 میلیون تن در سال برای تمام منابع طبیعی و انسان‌ساخت گزارش شده است. انتشارات جهانی متان به طور کامل در جدول 3 آورده شده است.
جدول 3. انتشار جهانی گاز گلخانه‌ای متان (مقادیر برحسب میلیون تن در سال میباشد.)
| طبیعی | مقادیر | انسان‌ساخت | مقادیر |
انسان‌ساخت (سوخت‌های فسیلی) |
مقادیر |
| وتلندها | 100-200 | تخمیر روده ای (عمدتاً گاو) | 100 | گاز طبیعی | 40 |
| موریانه‌ها | 20 | مزارع برنج | 60 | استخراج از معادن زغال سنگ | 20 |
| اقیانوس ها | 10 | سوزاندن بیومس | 40 | سوزاندن زغال سنگ | 25 |
| سایر | 15 | پسماندها (مکان دفن بهداشتی و فاضلاب) | 90 | فرآیندهای تولید نفت | 15 |
| کل | 145-245 | کل | 290 | کل | 100 |
اکسید نیتروس
اکسید نیتروس توسط انواع فرآیندهای بیولوژیکی نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون در آب، فاضلاب و خاک تولید می‌‌شود. اگرچه این گاز در غلظتی که در اتمسفر دارد سمی نمی‌باشد اما یک گاز تابشی فعال میباشد که در اثر گلخانه‌ای و تغییرات آب و هوایی سهیم میباشد. در مناطقی که کودهای کشاورزی ازته به خاک اضافه می‌‌کنند انتشار اکسید نیتروس افزایش پیدا می‌کند. در مناطقی که جنگل‌‌ها و درختان را برای زهکشی و کشاورزی از بین می‌‌برند انتشار این گاز گلخانه‌ای بیشتر تحریک شده و انتشارات آن افزایش پیدا می‌کند. مکانیسم اصلی حذف این گاز گلخانه‌ای فرآیند فتولیز (تجزیه شیمیایی بر اثر نیروی تابشی) در استراتوسفر است در واقع یعنی این گاز برای اینکه حذف شود باید تا استراتوسفر بالا برود و در تروپوسفر حذف نمی‌‌شود. انتشارات طبیعی این گاز حدود 80 درصد از کل انتشارات آن را شامل می‌‌شود. زمینهای زیر کشت بزرگترین منبع انسان‌ساخت به حساب می‌‌آید. فعالیت‌های کشاورزی شکل غالب منابع تولیدکننده اکسید نیتروس محسوب می‌‌شود اما فرآیندهای صنعتی، فرآیندهای احتراق در نیروگاه‌های تولید برق و حمل و نقل جاده‌ای هم در تولید اضافی یا بیشتر این گاز گلخانه‌ای سهیم هستند. انتشار جهانی اکسید نیتروس 42 میلیون تن در سال میباشد که از این مقدار 16 میلیون تن در سال مربوط به منابع انسان‌ساخت و 26 میلیون تن مربوط به منابع طبیعی میباشد. انتشار این گاز از کشورهای عضو اتحادیه اروپا 1/4 میلیون تن در سال از منابع مختلف انسانی و طبیعی عنوان شده است. انتشار جهانی این گاز گلخانه‌ای مهم در جدول 4 آورده شده است.
جدول 4. انتشار جهانی گاز گلخانه‌ای اکسید نیتروس.
| منابع تولیدکننده اکسید نیتروس | میلیون تن ازت تولید شده در هر ایکر (4047 مترمربع) |
| خاک جنگل های مناطق گرمسیری | 4/2 |
| خاک جنگل‌های مناطق معتدل و مرطوب | 4 |
| کاربرد کودهای شیمیایی ازته | 1/5 |
| سوزاندن بیومس | 0/1 |
| احتراق سوخت های فسیلی | 0/6 |
| منابع صنعتی | 0/7 |
| اقیانوسها | 2 |
هالوکربنها
برخلاف دی‌اکسیدکربن، متان و اکسید نیتروس، هالوکربنها دارای منابع طبیعی و غلظت زمینهای نیستند. حداقل 12 هالوکربن اصلی (دوتا از اصلی‌ترین هالوکربنها یکی CFC-11 و دیگری CFC-12 هستند) وجود دارد که منجر به نگرانی در خصوص برهم زدن تعادل تابش زمین و اتمسفر می‌‌شوند. این ترکیبات برای سه هدف اصلی مورد استفاده قرار گرفته‌اند: 1) به عنوان انتقال دهنده‌های حرارت در یخچال‌‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع. 2) به عنوان محرک یا نیروی محرکه در قوطی‌های اسپری‌کننده و 3) به عنوان کف‌ساز در تولید بسته‌بندی‌های پلی‌استایرن و عایق‌سازی. دوتا از خواص این ترکیبات که آنها را برای این اهداف مناسب کرده‌اند یکی پایداری شیمیایی و دیگری مقاومت حرارتی آنهاست که در واقع همی‌ن دو عامل منجر به طول عمر طولانی آنها در اتمسفر شده است. از دیگر خواص کلروفلوروکربنها که استفاده از آنها را گسترده کرده است میتوان به مواردی از قبیل خنثی بودن، بدون بو بودن، غیرسمی بودن و همچنین بدون طعم بودن اشاره کرد. مشکل اصلی این ترکیبات، تاثیر شیمیایی آنها بر ازن استراتوسفری یا همان ازن خوب (که به عنوان یک سد دفاعی در برابر اشعه ماوراء بنفش عمل می‌‌کنند) است که در نهایت منجر به تخریب مولکول‌های ازن می‌‌شوند(3, 4).
کتابشناسی:
.Wark, K; Warner, CF.Air pollution: its origin and control. 1981
.Tiwary, A; Colls, J.Air pollution: measurement, modelling & mitigation: CRC Press, 2009
Pendolovska, V.; [et al].Annual European Union Greenhouse Gas Inventory 1990–2011 and Inventory Report 2013. Copenhagen: European Commission, DG Climate Action, European Environment Agency, 2013.
.Hiraishi, T.; [et al]. 2013 supplement to the 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories: Wetlands. Switzerland: IPCC, 2014
.Casper, JK.Greenhouse gases.Worldwide impacts: Infobase Publishing, 2010
.Sejian V.; [et al].Climate Change Impact on Livestock: Adaptation and Mitigation: Springer; 2015
.Change IPOC. 2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories. 2006
.Spellman, FR.The science of air: concepts and applications. CRC Press, 2008
.Tan, Z.Air Pollution and Greenhouse Gases: From Basic Conceptsto Engineering Applications for Air Emission Control. Springer, 2014
لینک‌های مفید
https://ourworldindata.org/co2-and-greenhouse-gas-emissions#article-citation
https://www.epa.gov/ghgemissions/overview-greenhouse-gases#overview
https://svs.gsfc.nasa.gov/5110/
https://www.epa.gov/ghgemissions/understanding-global-warming-potentials
ارسال نظر