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了解主要的温室气体及其对全球变暖的影响

温室气体 (GHG) 是吸收部分太阳光线并以辐射形式在大气中重新分布的气体，从而以一种称为温室效应的现象加热地球。我们拥有的主要温室气体是：CO2、CH4、N2O、O3、卤烃和水蒸气。

温室效应的名称类似于温室（通常由玻璃制成）在植物栽培中产生的热量。玻璃允许阳光自由通过，这种能量被部分吸收，部分反射。被吸收的部分很难再次穿过玻璃，被辐射回室内环境。

同样的推理也可以用于地球变暖，其中温室气体扮演着玻璃的角色。太阳是地球的主要能源，它发出一组辐射，称为太阳光谱。该光谱由光辐射（光）和热辐射（热）组成，其中红外辐射最为突出。光辐射波长短，容易穿过大气层，而红外辐射（热辐射）波长长，难以穿过大气层，并在执行此壮举时被温室气体吸收。

观看地球一分钟制作的有关温室气体如何发挥作用的视频：

另请查看有关该问题的 eCycle 门户视频：

为什么温室效应加剧令人担忧？

正如我们所解释的，温室效应是一种自然现象，它允许我们所知道的地球上存在生命，因为没有它，热量就会逸散，导致冷却，使许多物种无法居住在地球上。

问题在于，由于人类行为，这种影响已大大加剧——据世界气象组织 (WMO) 称，2014 年有二氧化碳排放到大气中的记录。这种集约化主要是由于工业和汽车燃烧化石燃料，燃烧森林和牲畜，导致全球变暖。

据 WMO 称，在过去 140 年中，全球平均气温上升了 0.7°C。虽然听起来并不多，但足以引起重大的气候变化。并且预测，如果污染率以目前的速度继续增加，2100年平均气温将上升4.5°C至6°C。

全球温度升高导致极地地区大量冰层融化，导致海平面上升，从而导致沿海城市被淹没和人口被迫迁移等问题；飓风、台风和飓风等自然灾害增加；自然区域的荒漠化；更频繁的干旱；降雨模式的变化；粮食生产问题，因为温度变化会影响生产区域；和干扰生物多样性，这会导致许多物种灭绝。我们可以看到，全球变暖不仅仅是温度升高——它与最多样化的气候变化有关。

造成这种影响的主要气体是什么？

1. 二氧化碳

二氧化碳是一种液化气体，无色、无味、不可燃、易溶于水、呈微酸性，被政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 确定为全球变暖的主要贡献者，占人类排放量的 78%，并代表占全球温室气体排放总量的 55%。

这种气体是在呼吸作用、动植物分解以及天然森林火灾中自然产生的。它的产生是自然的，对生命必不可少，问题在于这种二氧化碳产量的大幅增加，这对地球造成了危害。

人类是造成大气中二氧化碳浓度增加的主要原因。化石燃料的燃烧和森林砍伐是导致这种气体大量释放到大气中的两个主要活动。

燃烧化石燃料、由碳化合物形成的矿物来源的物质，包括矿物煤、天然气和石油衍生物，如汽油和柴油，用于发电和运行汽车，是造成二氧化碳夸大排放的原因进入大气，造成污染和地球热平衡的变化。森林砍伐也是造成大气中二氧化碳不平衡的原因，因为除了通过燃烧木材释放气体外，它还减少了负责光合作用的树木数量，这些树木吸收了大气中存在的二氧化碳。

温室效应的加剧不仅影响陆地生物，对海洋生物也有很大影响。海水加热直接作用于珊瑚。珊瑚是刺胞动物，与该属的藻类共生 共生体 （虫黄藻）。这些藻类栖息在珊瑚的碳酸钙外骨骼（白色）的空腔中，这有助于它们去除穿透海水的阳光，这些藻类通过光合作用产生的多余能量被转移到珊瑚（除了着色）。当海水温度升高时，这些藻类开始产生对珊瑚有毒的化学物质。为了保护自己，刺胞动物有驱逐藻类的策略。驱逐过程是创伤性的，藻类给予珊瑚的多余能量在一夜之间消失了。结果是这些珊瑚白化和死亡（详见我们的文章“气候变化将导致珊瑚白化，联合国警报”）。

研究证明，牲畜及其副产品每年至少产生 320 亿吨二氧化碳 (CO2)，占全球所有温室气体排放量的 51% - 请参阅“远远超出动物剥削：牛养殖促进消费平流层尺度的自然资源和环境破坏"

此外，高浓度的 CO2 导致其分压相对于大气中的气体混合物增加，这在与液体直接接触时会加速其吸收，例如在海洋中。这种更大的吸收会导致不平衡，因为 CO2 与水接触会形成碳酸 (H2CO3)，碳酸会分解并释放 H+ 离子（负责增加介质中的酸度）、碳酸根和碳酸氢根离子，使海洋饱和。海洋酸化阻碍钙化生物形成贝壳的能力，导致它们消失（更多信息请参见我们的文章“海洋酸化：地球上生命的严重问题”）。

此外，CO2 在大气中的停留时间很长，从 50 年到 200 年不等；所以即使我们设法停止发行它，地球也需要很长时间才能恢复。这表明需要尽可能减少排放，让海洋和植被，尤其是森林自然吸收二氧化碳，并使用技术中和已经排放的二氧化碳。

与二氧化碳一样，其他温室气体也会影响地球。为了在这些气体的全球变暖潜势之间建立比较模式，创建了碳当量（CO2 当量）的概念。这个概念是基于 CO2 中其他温室气体的表示，因此 CO2 中每种气体的温室效应是通过将一种气体的数量乘以其全球变暖潜势来计算的（全球变暖潜势 - GWP），这与它们在给定时间（通常为 100 年）内在大气中吸收热量的能力（辐射效率）有关，与 CO2 的相同吸热能力相比。

2. CH4

甲烷是一种无色、无味的气体，在水中的溶解度很小，当加入空气中时会变成高度爆炸性的混合物。它是第二重要的温室气体，约占全球变暖的 18%。按体积计算，其浓度现在约为百万分之 1.72 (ppmv)，以每年 0.9% 的速度增加。

其自然过程的产生主要来自沼泽、白蚁活动和海洋。然而，其在大气中浓度的增加主要是由于生物过程，例如生物体的厌氧分解（无氧）、动物消化和生物质燃烧，此外还存在于垃圾填埋场、处理液体流出物和在垃圾填埋场、养牛场、稻田、化石燃料（天然气、石油和煤）的生产和分配以及水力发电库中。

在人为因素产生的产物中，政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 评估，一半的甲烷排放来自农业、牛和羊的胃、用作肥料的排泄物以及种植园。白饭。由于人口增长只会增加，甲烷的释放也会增加。

与二氧化碳相比，甲烷在大气中的停留时间更短（十年），但其变暖潜力要大得多，其影响是二氧化碳的 21 倍（更多信息请参见我们的文章“甲烷气体猛增并威胁到 2度”）。除了吸收红外辐射（热量）的高能力外，甲烷还会产生其他温室气体，例如 CO2、对流层 O3 和平流层水蒸气。如果大气中存在等量的甲烷和二氧化碳，地球将无法居住。

这种温室气体通过它与对流层中的羟基自由基 (OH) 之间的化学反应产生大量汇，负责去除 90% 以上的排放甲烷。这个过程是自然的，但会受到羟基与其他人为产生的气体排放物（主要是一氧化碳 (CO) 和汽车发动机排放的碳氢化合物）反应的影响。除此之外，还有两个较小的汇，它们被曝气土壤吸收并输送到平流层。为了使甲烷稳定其在大气中的浓度，必须立即将全球排放量减少 15% 至 20%。

3. 氧化亚氮

一氧化二氮是一种无色气体，气味宜人，熔点和沸点低，不易燃、无毒、溶解度低。它是导致温室效应加剧和随之而来的全球变暖的主要气体之一。尽管与其他气体相比排放量较低，但其温室效应比 CO2 强约 300 倍，并且会在大气中长期存在 - 约 150 年。 N2O 可以吸收大量能量，是对臭氧层破坏最大的气体，负责保护地球表面免受紫外线辐射。

N2O 可以由森林和海洋自然产生。它的排放过程发生在氮循环的反硝化过程中。大气中的氮 (N2) 被植物捕获并在称为硝化作用的过程中转化为氨 (NH3) 或铵离子 (NH4+)。这些物质沉积在土壤中，后来被植物利用。沉积的氨可以通过硝化过程，产生硝酸盐。而且，通过反硝化过程，土壤中的微生物可以将硝酸盐转化为气态氮 (N2) 和一氧化二氮 (N2O)，将它们排放到大气中。

一氧化二氮排放的主要人类来源是农业活动（约 75%），而能源和工业生产以及生物质燃烧贡献了约 25% 的排放量。 IPCC 指出，大约 1% 的种植园使用的氮肥最终以一氧化二氮的形式进入大气。

在农业活动中，N2O 生产有三个来源：农业土壤、动物生产系统和间接排放。可以通过使用合成肥料、动物粪便或作物残留物向土壤中添加氮。它的释放可以通过土壤中细菌或粪便分解进行的硝化和反硝化过程发生。例如，由于水生系统中 N2O 产量的增加，可能会发生间接排放，这是农业土壤浸出过程（养分冲刷造成的侵蚀）的结果。

在能源生产中，燃烧过程可以通过燃烧燃料和氧化大气 N2 形成 N2O。配备催化转化器的车辆会排放大量此类温室气体。另一方面，生物质燃烧会在植被燃烧、垃圾燃烧和森林砍伐期间释放 N2O。

工业过程中仍有少量但显着的这种气体排放到大气中。这些过程包括生产己二酸和硝酸。

这种气体的天然汇是大气中的光解反应（在有光的情况下）。在平流层中，一氧化二氮的浓度随着高度的增加而降低，在其混合速率中建立了一个垂直梯度。当通过对流层顶进入平流层时，地表排放的一部分 N2O 会发生分解，主要是通过紫外线光解。

根据 IPCC 的说法，为了稳定当前的一氧化二氮浓度，应立即将其产量减少 70% 至 80%。

4.O3

平流层臭氧是二次污染物，即它不是由人类活动直接排放，而是通过与释放到大气中的其他污染物反应形成的。

在平流层，这种化合物是天然存在的，具有吸收太阳辐射和阻止大部分紫外线进入的重要功能。然而，当由于其他污染物的加入而在对流层中形成时，它具有高度的氧化性和危害性。

由于平流层臭氧的置换，对流层臭氧的获得量有限，而通过与人类排放气体（通常是二氧化氮 (NO2) 和挥发性有机化合物）相关的复杂光化学反应获得的数量更多。这些污染物主要在化石燃料燃烧、燃料挥发、畜牧业和农业中释放。

在大气中，这种化合物会积极加剧温室效应，其潜力比二氧化碳更大，是城市中产生灰烟的原因。它的高浓度会给人类健康带来问题，主要影响是哮喘和呼吸系统缺乏症的症状恶化，以及其他肺部疾病（肺气肿、支气管炎等）和心血管疾病（动脉硬化）。此外，长期接触可导致肺活量降低、哮喘发展和预期寿命缩短。

5. 卤烃

这组气体中最著名的卤代烃是氯氟烃 (CFC)、氢氯氟烃 (HCFC) 和氢氟烃 (HFC)。

氯氟烃是一种人造碳基物质，含有氯和氟。它的使用始于 1930 年代左右，作为氨 (NH3) 的替代品，因为它毒性较低且不可燃，用于制冷和空调、泡沫、气雾剂、溶剂、清洁产品和灭火器行业。

这些化合物被认为是惰性的，直到 1970 年代它们被发现会在臭氧层中造成空洞。臭氧层的消耗有利于紫外线的进入，导致温室效应，同时增加对人类健康的风险，如过度日晒导致的皮肤癌。

有了这些数据，巴西等国于 1990 年加入了《维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》，通过第 99.280/06/06/1990 号法令承诺到 2010 年 1 月彻底消除氟氯化碳，并采取其他措施。目标没有实现，但正如联合国开发计划署 (UNDP) 报告的那样，目前存在逆转对臭氧层破坏的巨大趋势。预计到 2050 年左右，该层将恢复到 1980 年之前的水平。

这些化合物对臭氧层的破坏是巨大的。该层的降解发生在平流层，在那里阳光使这些化合物光化，释放出与臭氧反应的氯原子，降低其在大气中的浓度并破坏臭氧层。

首先，通过平流层中的太阳辐射分解 CFC 分子会发生臭氧降解：

CH3Cl (g) → CH3 (g) + Cl(g)

然后，释放的氯原子与臭氧发生反应，根据以下方程式：

Cl(g) + O3 → ClO(g) + O2 (g)

形成的 ClO(g) 将再次与游离氧原子反应，形成更多的氯原子，氯原子将与氧反应，依此类推。

ClO(g) + O (g) → Cl(g) + O2 (g)

由于氯原子与臭氧的反应比大气中存在的游离氧原子之间分解臭氧的反应快 1500 倍，因此臭氧层遭到严重破坏。因此，一个氯原子能够破坏 100 个臭氧分子。

为了取代 CFC 的使用，生产了 HCFC，它对臭氧层的危害要小得多，但仍会造成损害，并且是加剧温室效应的主要因素。

HFC 气体与温室气体相互作用，导致全球变暖。与全球变暖潜能值 (GWP) 相比，这些气体的放射性效率远高于二氧化碳。由于这些化合物的排放导致全球变暖，这些化合物的开发减少了臭氧层消耗的问题，但增加了地球的温度。

另请参阅美国国家空间研究所 (Inpe) 制作的关于氟氯化碳对臭氧层退化的视频。

6. 水蒸气

水蒸气是自然温室效应的最大贡献者，因为它会吸收大气中的热量并将其散发到地球各处。它的主要天然来源是水、冰雪表面、土壤表面和植物和动物表面。通过蒸发、升华和蒸腾等物理过程转化为蒸汽。

水蒸气是空气中变化很大的成分，很容易根据当时的大气条件改变相。这些相变伴随着潜热的释放或吸收，潜热与水蒸气通过大气环流的传输有关，对全球的热量分布产生影响。

人类活动对大气中水蒸气的含量几乎没有直接影响。这种影响将通过其他活动造成的温室效应的加剧间接发生。

与热空气相比，冷空气的含水量很少，因此与热带地区的大气相比，极地地区的大气中所含的水蒸气量很少。因此，如果温室效应加剧，导致全球温度升高，由于更高的蒸发率，大气中将存在更多的水蒸气。反过来，这种蒸汽会保留更多的热量，从而加剧温室效应。

我们可以做些什么来减少这种现象的加剧？

根据大多数科学思想，这些温室气体的高排放是人类活动的结果。它的减少取决于公司、政府和人民态度的变化。以可持续发展为目标的教育需要改变文化。有必要让更多的人开始寻找影响较小的替代品，以及减少气体排放的当局和公司的需求。

在巴西，温室气体 (GHG) 排放的主要来源（包括向大气中释放一些温室气体的物理单位和过程）是：森林砍伐、运输、牲畜、肠道发酵、由化石燃料提供动力的热电厂和工业过程。

森林砍伐是一个主要因素，可以通过重新造林和使用回收材料来缓解。每生产一吨再生纸，就可以节省 10 到 20 棵树。这代表了自然资源的节省（未砍伐的树木通过光合作用继续吸收二氧化碳），而回收纸消耗的能源仅为传统工艺生产所需能源的一半。一个可回收的罐子所节省的能源相当于使用一台电视机三个小时。

运输部门在燃烧化石燃料的排放方面非常相关，可以通过该国主导和传播的技术（例如乙醇和生物柴油）、使用电动或氢动力车辆或使用交通方式，例如自行车和地铁。与运输一样，在热电厂中，用更清洁的能源（例如甘蔗）替代化石燃料也有助于减少这些气体的排放。

肠道发酵通过反刍动物的消化导致气体排放。这种来源可以通过改善牛的饮食和改善牧场（适当的土壤施肥）来减少。用攻击瘤胃中原生动物的添加剂代替饲料添加剂可将动物甲烷排放量减少 10% 至 40%。这个想法是这些添加剂会杀死原生动物，而原生动物对细菌使用的氢气产生贡献很大 古细菌 （存在于反刍动物的肠道中）。由于这些细菌通过吸收氢气和二氧化碳来获取能量，因此在产生甲烷的过程中，可用的氢气越少，甲烷的产生就越少。

还需要改进工业的生产过程，寻求减少影响和不排放过多温室气体的方法。

这些变化只有通过人们的要求才会发生，所以每个人都需要行动！如果我们不立即采取行动，我们将为忽视我们的行动付出非常高的代价。