Gaze cu efect de seră: rolul CO2, metanului și al altor compuși în schimbările climatice

Viața pe Pământ, așa cum o știm, ar fi imposibilă fără existența gazelor cu efect de seră. Acești compuși, prezenți în atmosferă în cantități mici, au capacitatea de a Captând căldura Soarelui, împiedicând o parte din ea să scape în spațiu și permițând astfel temperaturii planetei să rămână la valori potrivite pentru existența organismelor vii.. Cu toate acestea, Creșterea concentrației acestor gaze, datorată activităților umane, modifică clima la nivel global., dând naștere fenomenului încălzirii globale și consecințelor asociate acestuia.

Înțelegerea modului în care funcționează gazele cu efect de seră, a principalelor lor tipuri, a provenienței lor și a modului în care acestea afectează echilibrul climatic al Pământului este esențială pentru abordarea schimbărilor climatice. În acest articol, vom prezenta cele mai relevante și actualizate informații despre dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4), protoxidul de azot (N2O), gazele fluorurate și alți compuși, precum și mecanismele de măsurare a efectelor acestora și strategiile de reducere a emisiilor.

Ce sunt gazele cu efect de seră și cum funcționează acestea?

Efectul de seră este un fenomen natural esențial vieții, dar intensificarea sa este principala cauză a încălzirii globale actuale. Termenul este inspirat de modul în care funcționează serele agricole: pereții de sticlă permit trecerea luminii solare, dar rețin o parte din căldură, crescând temperatura din interior. În mod similar, unele gaze prezente în atmosferă Acestea absorb și reemit radiația infraroșie emisă de suprafața Pământului după ce primesc energie de la Soare.

Nouăzeci la sută din radiația infraroșie pe care Pământul o emite după încălzire este absorbită de gazele cu efect de seră. Această căldură absorbită este redistribuită, menținând planeta la o temperatură medie de 15°C, în loc de -18°C cât ar avea dacă aceste gaze nu ar exista. Printre principalele gaze cu efect de seră se numără vaporii de apă, dioxidul de carbon, metanul, oxidul de azot și ozonul..

Problema apare atunci când activitățile umane, în principal arderea combustibililor fosili și defrișările, cresc concentrația acestor componente în atmosferă peste nivelurile naturale. Acest lucru consolidează efectul de seră, provocând un dezechilibru energetic care se traduce prin creșterea temperaturilor globale, schimbări ale modelelor meteorologice și o intensificare a fenomenelor meteorologice extreme.

Principalele gaze cu efect de seră: identitate, origine și potențial de încălzire globală

Gazele cu efect de seră sunt diverse și au surse, naturi și capacități diferite de a încălzi planeta. Principalele componente responsabile pentru acest fenomen sunt analizate mai jos, conform cercetărilor organizațiilor internaționale și cunoștințelor actuale despre climă:

• Vaporii de apă (H₂FIE): Este cel mai abundent și eficient gaz cu efect de seră, deoarece absoarbe cantități uriașe de radiații infraroșii. Se generează în principal prin evaporarea apei și depinde de temperatura globală. Concentrația sa variază în funcție de altitudine, temperatură și condițiile locale. Vaporii de apă sunt cruciali, deoarece acționează ca o puternică buclă de feedback pozitiv: creșterea temperaturilor sporește evaporarea, ceea ce, la rândul său, crește și mai mult temperatura.
• Dioxid de carbon (CO₂): Gazul este în centrul conversațiilor despre schimbările climatice, deoarece concentrația sa a crescut rapid de la Revoluția Industrială. Se produce ca urmare a respirației ființelor vii, a descompunerii materiei organice, a arderii combustibililor fosili (cărbune, petrol, gaze), a activităților industriale și a defrișărilor. Ciclul natural al CO2 implică emisii și absorbții, oceanele și pădurile fiind principalii absorbanți naturali.
• Metan (CH₄): Este cea mai simplă hidrocarbură. Se eliberează în mod natural în zonele umede, în orezării, în sistemul digestiv al rumegătoarelor și prin descompunerea anaerobă a materiei organice, precum și prin activități umane, cum ar fi creșterea animalelor, gestionarea deșeurilor și extracția și transportul combustibililor fosili. Deși se găsește în concentrații mai mici decât CO2, metanul are o capacitate mult mai mare de a reține căldura, iar ponderea sa a crescut cu 150% față de era preindustrială.
• Protoxid de azot (N₂FIE): Este cauzată în mare măsură de agricultura intensivă, utilizarea îngrășămintelor cu azot, creșterea animalelor, arderea deșeurilor și a combustibililor fosili și unele procese industriale. Deși este mai puțin abundent decât CO2 sau metanul, potențialul său de încălzire globală este de aproximativ 300 de ori mai mare decât cel al dioxidului de carbon.
• Ozon (O₃): Se face o distincție între ozonul stratosferic, care protejează viața pe planetă prin blocarea radiațiilor ultraviolete, și ozonul troposferic, care este prezent în stratul cel mai de jos al atmosferei și este rezultatul reacțiilor chimice dintre poluanți. Ozonul troposferic acționează ca un gaz cu efect de seră și este, de asemenea, un poluant dăunător sănătății.
• Gaze fluorurate (gaze F): Acești compuși sintetici, creați de oameni, includ hidrofluorocarburi (HFC), perfluorocarburi (PFC), hexafluorură de sulf (SF₆) și trifluorură de azot (NF₃). Acestea sunt utilizate în refrigerare, aer condiționat, electronică și procese industriale. Acestea sunt remarcabile pentru potențialul lor extrem de ridicat de încălzire globală și pentru durata lor de viață în atmosferă de mii de ani, deși concentrația lor este mult mai mică decât cea a altor gaze.

Următorul tabel prezintă o listă a principalelor gaze cu efect de seră, concentrația lor și contribuția procentuală estimată la încălzirea globală:

Gaz	Formulă	Concentrație atmosferică (aprox.)	Contribuție (%)
Abur de apă	H2O	10–50,000 ppm	36-72
Dioxid de carbon	CO2	~420 ppm	9-26
Metan	CH4	~1.8 ppm	4-9
Ozon	O3	2–8 ppm	3-7

Nu toate gazele din atmosferă contribuie la efectul de seră: cele mai abundente, cum ar fi azotul (N₂), oxigen (O₂) și argonul (Ar), au un impact redus deoarece structura lor moleculară nu le permite să absoarbă radiațiile infraroșii.

Potențialul de încălzire globală și durata de viață a gazelor în atmosferă

Pentru a compara impactul diferitelor gaze cu efect de seră, se utilizează potențialul de încălzire globală (GWP). Acest indice cuantifică capacitatea fiecărui gaz de a absorbi energie și de a încălzi planeta în raport cu CO2 și pe o perioadă dată (în mod normal 20, 100 sau 500 de ani).

De exemplu, Metanul are un GWP de 84 la 20 de ani și de 28-30 la 100 de ani.în timp ce Protoxidul de azot atinge un GWP de 265 100 de ani. Gazele fluorurate pot depăși 10.000 GWP, iar durata lor de viață în atmosferă variază de la sute la mii de ani.

Persistența gazelor cu efect de seră este la fel de importantă: CO2 poate persista timp de 30 până la 95 de ani, metanul durează aproximativ 12 ani, oxidul de azot mai mult de un secol, iar compușii fluorurați, cum ar fi hexafluorura de sulf, pot dura până la 3.200 de ani.

Aceasta înseamnă că efectele emisiilor de astăzi vor dura decenii sau secole, afectând generațiile viitoare.

Surse naturale și antropice de emisii

Gazele cu efect de seră au atât origini naturale, cât și sunt rezultatul activităților umane. De exemplu:

• CO2: Ciclul natural (respirația, descompunerea, incendiile naturale, erupțiile vulcanice) și arderea combustibililor fosili, procesele industriale, defrișările.
• Metan: Zone umede, orezării, termite, vulcanism subacvatic, digestia rumegătoarelor, halde de deșeuri, extracția de petrol și gaze, scurgeri de conducte.
• Oxid de azot: Procese bacteriene în sol, oceane, fertilizare agricolă, arderea biomasei, producția de substanțe chimice.
• Ozon troposferic: Reacții chimice dintre oxizii de azot și compușii organici volatili sub acțiunea soarelui.
• Gazele fluorurate: Procese industriale, utilizare în sisteme de refrigerare, aer condiționat, stingătoare de incendiu și fabricarea microelectronică.

În prezent, principala sursă a creșterii concentrațiilor de gaze cu efect de seră este activitatea umană: Consumul de energie bazat pe cărbune, petrol și gaze naturale, împreună cu agricultura și schimbarea utilizării terenurilor, marchează diferența față de secolele trecute.

Intensificarea antropogenă a efectului de seră

Creșterea concentrațiilor de gaze cu efect de seră este rezultatul deceniilor de industrializare și al exploatării masive a resurselor naturale. De la Revoluția Industrială încoace, cererea de energie, mecanizarea agriculturii, defrișările masive și dezvoltarea industrială au dus la o creștere bruscă a emisiilor de CO2, metan și oxizi de azot.

De exemplu, Arderea combustibililor fosili este responsabilă pentru aproape 80% din emisiile de gaze cu efect de seră din UE. Agricultura este legată de emisiile de metan și oxizi de azot, în timp ce industria și tratarea deșeurilor contribuie la emisiile de CO2 și gaze fluorurate.

Rezultatul este o acumulare de gaze în atmosferă care intensifică efectul natural de seră: Concentrațiile de CO2 au crescut cu 50% față de era preindustrială, metanul cu aproape 150%, iar protoxidul de azot cu aproximativ 25%.

Impactul asupra mediului și al societății încălzirii globale

Încălzirea globală are consecințe de amploare asupra mediului, economiei și societății. Principalele impacturi includ:

• Topirea accelerată a ghețarilor și scăderea stratului de zăpadă, cu creșterea concomitentă a nivelului mării.
• Creșterea frecvenței și severității fenomenelor meteorologice extreme, cum ar fi valurile de căldură, secetele, inundațiile și furtunile intense.
• Reducerea biodiversității și alterarea ecosistemelor, afectând disponibilitatea alimentelor, a apei și a serviciilor ecosistemice.
• Deteriorarea calității aerului și efectele negative asupra sănătății publice cum ar fi bolile respiratorii asociate cu smogul și poluarea aerului.
• Impactul asupra agriculturii și producției alimentare, precum și vulnerabilitatea populațiilor rurale.
• Strămutarea populației și migrația legată de climă cauzată de dezastre naturale sau de pierderea resurselor vitale.

Măsurarea și compararea emisiilor: echivalentul CO2 și metodele de evaluare

Efectul total al gazelor cu efect de seră se măsoară nu doar prin cantitatea emisă, ci și prin capacitatea lor de încălzire globală și timpul petrecut în atmosferă. Din acest motiv, experții au dezvoltat conceptul de „echivalent CO2”, care permite compararea și însumarea efectelor diferitelor gaze, luând ca referință potențialul de încălzire globală al CO2.

Emisiile sunt evaluate pe sector economic (energie, agricultură, transporturi, industrie, deșeuri), pe țară și regiune și chiar pe individ (emisii pe cap de locuitor). Metodologiile de calcul includ estimări directe, modele ale factorilor de emisie, bilanțuri de masă, monitorizare continuă și evaluări ale ciclului de viață.

Provocările legate de măsurare includ transparența, disponibilitatea și consecvența datelor și determinarea limitelor geografice și temporale utilizate în fiecare calcul.

Rolul chiuvetelor și al schimbării utilizării terenurilor

Atmosfera nu este singura sursă de carbon: uscatul și oceanul joacă un rol fundamental în reglarea climei. Pădurile, junglele, solurile, zonele umede și oceanele au capacitatea de a absorbi și stoca cantități mari de CO2, limitând astfel încălzirea globală.

Defrișările și degradarea acestor absorbanți naturali, însă, reduc capacitatea lor de absorbție, crescând și mai mult concentrația de gaze din atmosferă. Protejarea, restaurarea și extinderea rezervoarelor de carbon reprezintă una dintre cele mai eficiente și accesibile strategii pentru atenuarea schimbărilor climatice.

Aerosoli și poluanți climatici de scurtă durată

Pe lângă gazele cu efect de seră tradiționale, particulele minuscule numite aerosoli și alți poluanți cu durată scurtă de viață influențează, de asemenea, clima. Aerosolii pot proveni din surse naturale, cum ar fi praful deșertului sau erupțiile vulcanice, sau din activități umane, cum ar fi arderea combustibililor fosili și defrișările.

În funcție de compoziția sa, Unii aerosoli captează căldura (contribuind la efectul de seră), în timp ce altele îl reflectă în spațiu (contribuind la răcirea globală). Printre cei mai importanți poluanți climatici de scurtă durată se numără carbonul negru, metanul, ozonul troposferic și hidrofluorocarburile.

Reducerea acestor poluanți poate genera beneficii imediate pentru climă și sănătate publică. Datorită duratei lor scurte de viață în atmosferă, efectele pozitive ale reducerii emisiilor sunt observate în câteva săptămâni sau câțiva ani.

Acțiuni și strategii internaționale pentru reducerea emisiilor

Provocarea reprezentată de schimbările climatice necesită un răspuns global coordonat. De la Protocolul de la Kyoto până la Acordul de la Paris, țările și-au asumat angajamente de reducere a emisiilor și au dezvoltat strategii pentru a realiza o economie cu emisii reduse de carbon.

Uniunea Europeană, Statele Unite și alți actori globali au implementat măsuri legislative și politice pentru a limita utilizarea combustibililor fosili, a promova energia regenerabilă, a îmbunătăți eficiența energetică, a reglementa utilizarea gazelor fluorurate și a promova protecția apelor uzate. Printre punctele de atracție se numără comercializarea emisiilor, planurile sectoriale de reducere și cercetarea tehnologiilor de captare și stocare a carbonului (CCS).

Soluțiile variază de la schimbări în sistemele de transport și energie, până când este necesar transformarea agriculturii, creșterii animalelor și industriei. Gestionarea durabilă a deșeurilor și utilizarea rațională a resurselor câștigă, de asemenea, importanță.

Inovații tehnologice și soluții naturale

Dezvoltarea de noi tehnologii este esențială pentru reducerea sau eliminarea emisiilor de gaze cu efect de seră. Există diverse tehnici pentru captarea, stocarea și valorificarea CO2, cum ar fi bioenergia cu captare și stocare, captarea directă din aer și generarea de biocărbune pentru a îmbunătăți sechestrarea în solurile agricole.

În plus, Promovarea agriculturii regenerative, restaurarea pădurilor, zonelor umede și oceanelor și conservarea biodiversității sunt instrumente esențiale pentru atenuarea schimbărilor climatice. Aceste soluții naturale contribuie atât la sechestrarea carbonului, cât și la adaptarea și rezistența ecosistemelor.

Provocări în reducerea emisiilor globale

Reducerea globală a emisiilor de gaze cu efect de seră este o provocare multidimensională și complexă. Inegalitățile dintre țările dezvoltate (din punct de vedere istoric, mari emițători) și țările în curs de dezvoltare (cu emisii în creștere) fac dificilă articularea responsabilităților și a resurselor. Economia, geopolitica, disponibilitatea tehnologică și adaptabilitatea variază foarte mult de la o zonă la alta.

Creșterea populației, mobilitatea internațională, obiceiurile de consum și alimentare, precum și dezvoltarea economică afectează cantitatea și tipul emisiilor. Prin urmare, soluțiile trebuie adaptate la diferite contexte sociale, culturale și economice.

Emisii pe sector și țară: Contribuție globală

Sursele de emisii de gaze cu efect de seră sunt variate și răspândite în mai multe sectoare economice:

• Generarea de energie electrică și căldură (în principal prin arderea cărbunelui și a gazelor naturale) este cel mai mare vinovat la nivel mondial.
• De transport, care se bazează în mare măsură pe combustibili fosili și este unul dintre sectoarele cel mai greu de decarbonizat.
• Industrie, inclusiv procese chimice, fabrici de ciment și fabricarea materialelor.
• Agricultură, silvicultură și utilizarea terenurilor, responsabil pentru emisiile de metan și oxizi de azot, precum și pentru reducerea absorbanților.
• Gestionarea reziduurilor, în special depozitele de deșeuri și epurarea apelor uzate.

La nivel de țară, emisiile istorice și actuale variază foarte mult: Statele Unite, Uniunea Europeană, Rusia și China sunt în fruntea emisiilor cumulative datorită industrializării lor timpurii și a amplorii dezvoltării, în timp ce țările emergente precum China și India au înregistrat o creștere a emisiilor pe cap de locuitor în ultimele decenii.

Rolul gazelor artificiale cu efect de seră: gazele fluorurate

Gazele fluorurate sunt compuși sintetici cu un impact disproporționat asupra încălzirii globale. Se remarcă printre ei:

• Hidrofluorocarburi (HFC): utilizat în refrigerare, aer condiționat, aerosoli și spume. Acestea au un potențial de încălzire de mii de ori mai mare decât cel al CO2.
• Perfluorocarburi (PFC): angajați din industria aluminiului și a electronicii. Sunt extrem de stabile și rămân în atmosferă timp de mii de ani.
• Hexafluorură de sulf (SF₆): utilizat în izolarea echipamentelor electrice. Este considerat cel mai puternic gaz cu efect de seră cunoscut.
• Trifluorură de azot (NF₃): utilizat în industria semiconductorilor și microelectronică. Are un potențial de încălzire globală foarte ridicat, deși prezența sa este scăzută.

Promovarea utilizării controlate și înlocuirea acestor gaze cu alternative sigure și ecologice sunt esențiale pentru atingerea obiectivelor internaționale.

Factorii care determină impactul gazelor cu efect de seră

Efectul fiecărui gaz asupra încălzirii globale depinde de trei factori principali:

1. Concentrația în atmosferă: Cu cât concentrația este mai mare, cu atât impactul asupra energiei reținute este mai mare.
2. Timp de rezidență: Un gaz care rămâne în atmosferă timp de decenii sau secole are efecte de lungă durată.
3. Potențial de absorbție a căldurii: Unele gaze, deși mai puțin abundente, sunt mult mai eficiente în captarea energiei (cum ar fi metanul sau SF₆).

Pentru asta, Controlul gazelor cu potențial ridicat de încălzire globală, chiar dacă sunt emise în cantități mai mici, este esențial pentru eficacitatea politicilor climatice.

Restaurarea, Captarea și Eliminarea Gazelor din Atmosferă

Lupta împotriva schimbărilor climatice implică nu doar reducerea emisiilor, ci și eliminarea gazelor cu efect de seră din aer. Printre cele mai promițătoare tehnici se numără:

• Captarea și stocarea geologică a CO2 în formațiuni subterane sigure.
• Captarea directă a aerului, utilizând tehnologii care extrag CO2 și îl stochează sau reutilizează.
• Îmbunătățirea absorbției în solurile agricole prin utilizarea biocărbunelui și a practicilor agricole durabile.

Aceste tehnologii trebuie completate de protejarea și restaurarea surselor naturale de resurse, cum ar fi pădurile, solurile și zonele umede.

Importanța educației și conștientizării climatice

Promovarea unei cetățenii informate, conștiente și implicate este esențială pentru combaterea schimbărilor climatice. Educația de mediu, divulgarea științifică și accesul la informații clare sunt instrumente esențiale pentru mobilizarea societății, promovarea practicilor durabile și exercitarea de presiuni asupra guvernelor și întreprinderilor pentru a lua decizii responsabile.