Закись азота (N2O) широко известна как "веселящий газ". Основу его составляют два доминирующих в атмосфере газа: азот и кислород. Оба этих газа играют важную роль в химических процессах, происходящих в живых организмах (азот входит в состав аминокислот, основы протеинов и ключевого элемента для метаболизма, роста и восстановления тканей). Хотя азот и кислород составляют 99 процентов земной атмосферы, количество закиси азота в ней очень незначительно. Количество N2O в атмосфере составляет лишь одну тысячную от количества СО2.
Сравнительно низкая концентрация этого газа компенсируется его чрезвычайной активностью - молекула закиси азота в 200-300 раз сильнее способствует образованию парникового эффекта, чем молекула углекислого газа. Более того, молекула закиси азота живет в атмосфере значительно дольше, чем молекула углекислого газа и молекулы некоторых других парниковых газов. В конечном итоге, молекула N2O распадается в стратосфере на кислород и азот под воздействием солнечного света, но продолжительность ее жизни в атмосфере составляет приблизительно 150 лет. В результате кумулятивный эффект любых количеств закиси азота антропогенного происхождения будет значительно больше, чем эффект от углекислого газа.
Микроорганизмы и растения постоянно поглощают азот из атмосферы и в результате этого процесса азот попадает в почву. Атмосферный азот (N2) довольно инертен и в большинстве случаев непригоден для живых существ. Процесс, вследствие которого микроорганизмы трансформируют атмосферный азот в формы, пригодные для использования растениями, такие как аммиак (NH3), называется азотной фиксацией. После того, как азот "зафиксирован", он может быть много раз включен в цикл "растение/животное".
Одновременно другие микроорганизмы постоянно выводят азот из его "фиксированных" форм и азот снова попадает в атмосферу. Этот процесс получил название денитрификация. Кроме молекулярного азота (N2) в процессе денитрификации образуется закись азота. Ученые подсчитали, что почвенная денитрификация - это основной источник поступления закиси азота в атмосферу. Еще один важный источник поступления в атмосферу закиси азота - это природные процессы океана. Они до сих пор остаются плохо изученными.
Процесс горения представляет собой еще один источник образования закиси азота (N2О). При этом не важно, что горит: ископаемые виды топлива, дерево или другая биомасса. Тем не менее, ученые сегодня полагают, что при горении образуется меньше антропогенного N2O, чем при использовании удобрений.
Во всем мире в почву ежегодно вносится около 55 миллионов тонн азота. Азотные удобрения производят либо из нитратной породы, либо путем промышленной фиксации атмосферного азота (переводя его в форму одного из нитратов или в аммиак). Когда искусственно обогащенная почва подвергается процессу денитрификации, или когда удобрения просачиваются в грунтовые воды с выделением различных соединений азота, закись азота поступает в атмосферу.
СH4 - один из важнейших парниковых газов. Метан – наиболее важный представитель органических веществ в атмосфере. Его концентрация существенно превышает концентрацию остальных органических соединений.Увеличение содержания метана в атмосфере способствует усилению парникового эффекта, так как метан интенсивно поглощает тепловое излучение Земли в инфракрасной области спектра на длине волны 7,66 мкм. Метан занимает второе место после углекислого газа по эффективности поглощения теплового излучения Земли. С ростом содержания метана изменяются химические процессы в атмосфере, что может привести к ухудшению экологической ситуации на Земле. Естественно возникает вопрос об управлении химическими и физическими процессами, в которых принимает участие метан. Если молекулы метана попадают в атмосферу, то они вовлекаются в процессы переноса и вступают в химические реакции, которые хорошо известны как качественно, так и количественно. Управление процессами непосредственно в атмосфере в глобальном масштабе практически исключено.
Метан по происхождению бывает:
биогенным, если он возникает в результате химической трансформации органического вещества;
бактериальным (или микробным), если он образуется в результате деятельности бактерий;
термогенным, если его возникновение обязано термохимическим процессам;
абиогенным, если он возникает в результате химических реакций неорганических соединений.
Бактериальный метан образуется в донных отложениях болот и других водоемов, в результате процессов пищеварения в желудках насекомых и животных (преимущественно жвачных). Термогенный метан возникает в осадочных породах при их погружении на глубины 3–10 км, где осадочные породы подвергаются химической трансформации в условиях высоких температур и давлений. Абиогенный метан образуется обычно на больших глубинах в мантии Земли.
Метан находится в атмосфере в основном в приземном слое, который называется тропосферой и толщина которого составляет 11–15 км. Метан попадает в атмосферу как из естественных, так и из антропогенных источников. Мощность антропогенных источников в настоящее время существенно превышает мощность естественных. К естественным источникам метана относятся болота, тундра, водоемы, насекомые (главным образом термиты), метангидраты, геохимические процессы. К антропогенным – рисовые поля, шахты, животные, потери при добыче газа и нефти, горение биомассы, свалки.
Еще одна группа веществ, усиливающих парниковый эффект в земной атмосфере, получила название галогенуглеродов. Эти соединения получаются при объединении углерода с одним или несколькими из пяти элементов, называемых галогенами: фтором, хлором, бромом, йодом или астатом. Однако, только первые три элемента из этой группы имеют отношение к предмету нашего разговора.
В группу галогенуглеродов включены хлорфторуглероды, хлорфторуглеводороды, заменители ХФУВ, а также некоторые другие вещества: четыреххлористый углерод, галоны, метилхлорид, метилхлороформ и метилбромид.
Все галогенуглероды попадают в атмосферу в результате человеческой деятельности, за исключением метилхлорида и метилбромида, которые образуются в естественных источниках. Концентрации галогенуглеродов в атмосфере несравнимо ниже, чем концентрации любых других парниковых газов. Обычно они составляют где-то между 0,2 и 16,5 частиц на триллион.
Молекулы пяти видов ХФУ, которые также обладают самым большим озоноразрушающим потенциалом, в 3-13 тысяч раз активнее молекулы углекислого газа.
Еще одна причина, по которой галогенуглероды вызывают обеспокоенность ученых, это продолжительность их жизни. при попадании в атмосферу, они существуют в атмосфере многие десятилетия. Продолжительность жизни в атмосфере ХФУ-13 и ХФУ-115, наиболее долгоживущих галогенуглеродов, составляет около 400 лет. Таким образом, отрицательное воздействие, которым они обладают, будет продолжаться еще в течение нескольких столетий после того, как мы перестанем загрязнять ими атмосферу.
