Ученые ВятГУ определили, насколько парниковые газы нарушают прозрачность атмосферы. Они установили, что сжигание ископаемого топлива нарушает прозрачность на 20–46% в видимом диапазоне длин волн и почти полностью – в дальнем инфракрасном диапазоне. Результаты опубликованы в научном журнале «Теоретическая и прикладная экология».Сжигание ископаемого топлива сопровождается выбросами парниковых газов (в основном, оксидов углерода и водяного пара) в атмосферу Земли. По мнению мирового сообщества, избыточное количество парниковых газов в атмосфере стало одной из основных причин постепенного изменения климатических условий на Земле.
Земная атмосфера является своеобразным фильтром, пропускающим через себя лучи определенных длин волн, и тем самым контролирует количество поступающего на Землю солнечного излучения и количество излучения (энергии), которое возвращается обратно в космос.
Человеческий глаз различает свет в так называемом «видимом диапазоне» длин волн, от 400 до 780 нм. Этот диапазон — одно из окон прозрачности атмосферы, солнечные лучи с этими длинами волн слабо поглощаются при прохождении через атмосферу. Если длина волны превышает 800 нм, то оно принадлежит инфракрасному диапазону, где также есть окна прозрачности.
Вторым значимым окном является диапазон от 7 500 нм до 14 000 нм, поскольку именно в этой области тепловое излучение земной поверхности отводится от планеты в космическое пространство, не давая ей перегреваться и уменьшая действие парникового эффекта. Именно эти зоны «перекрываются» парниковыми газами и мелкими частичками веществ, выбрасываемых с промышленных теплоэнергетических предприятий.
Исследователи Вятского государственного университета (ВятГУ) количественно охарактеризовали образующуюся в атмосфере «непрозрачность» для солнечного излучения. Ученые рассчитали коэффициенты поглощения и функции поглощения в спектральном интервале 400–14 000 нм как в чистой атмосфере, так и в присутствии дымовых газов и частиц золы, образующихся при сжигании твердых топлив для производства тепловой и электрической энергии.
«
«Мировое сообщество все чаще поднимает вопрос об изменениях климатических условий, вызванных усилением парникового эффекта из-за увеличения потребления ископаемых видов топлив — угля, торфа, нефти, природного газа. Необходимость оценки карбонового следа при выпуске единицы продукции накладывает определенные обязательства на страны, богатые энергоресурсами, которые не готовы отказаться от использования ископаемого топлива», — рассказала старший научный сотрудник кафедры «Инженерная физика» ВятГУ, одна из авторов публикации Ираида Заграй.
По ее словам, разработанная учеными ВятГУ методика может использоваться для расчета параметров поглощения излучения продуктами сгорания топлива в различных энергетических установках и для оценки возможного парникового эффекта и экологического воздействия выбросов на атмосферу Земли.
«Зная состав атмосферы и продуктов сгорания при сжигании конкретных топлив, можно оценить влияние промышленных выбросов на поглощение солнечного излучения в атмосфере. Для решения этих проблем потребуется использовать весь мировой интеллектуальный потенциал «, — добавила Заграй.
Исследователи использовали в работе методы рентгенофлуоресцентной спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии по определению химического состава и размеров частиц. Спектральные характеристики они получали с помощью компьютерного моделирования.В качестве примера ученые показали, что при толщине слоя воздуха в 10 м при отсутствии системы очистки дымовых газов для видимого диапазона поглощение солнечного излучения может составлять до 20% при сжигании угля и до 46% при сжигании торфа. В широком окне прозрачности атмосферы в инфракрасном диапазоне от 7 500 нм до 14 000 нм поглощение достигает значений от 73 до 100% при сжигании угля и от 64 до 100% при сжигании торфа.
Сегодня научный коллектив занимается проблемами шлакования и контроля образования оксидов азота (NOx) в топках паровых котлов. Чтобы защитить атмосферный воздух от загрязнения и минимизировать образование NOx, требуется поддерживать постоянный и стабильный уровень температуры продуктов сгорания. В связи с этим ученые рассматривают вопросы разработки программно-аппаратных комплексов по определению температуры при сжигании ископаемых топлив.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение