Кейс . Роль метана в парниковом эффекте

Кейс. Роль метана в парниковом эффекте

Цель: рассмотреть роль метана в парниковом эффекте, как одну из причин глобального потепления на Земле. Узнать об антропогенных и природных источниках метана.

Задачи:

• содействовать воспитанию человека, интересующегося важнейшими тенденциями развития планеты, проблемами окружающей среды, а также обладающего необходимым объёмом знаний и чувством ответственности для решения разного рода проблем, проблем глобального потепления,

• развивать умение самостоятельно работать с информацией, проводить исследования,

• формировать общеучебные компетенции: устанавливать причинно-следственные связи, сравнивать, наблюдать, обобщать, делать выводы,

• способствовать развитию познавательного интереса и творческих способностей учащихся, логического мышления, коммуникативных и оценочных умений

Это интересно

К концу 21 века температура воздуха повысится на 3-5 градусов, произойдет потепление в высоких широтах. Арктические льды стремительно тают. К 2040 году ожидается полное отсутствие льда в летний период. В национальном парке Глейшер, США на сегодняшний день осталось лишь 25 ледников вместо 150. Количество белых медведей резко сократилось, и они уже фактически исчезли из естественной среды обитания. В связи с потеплением и загрязнением океанов, массово начали гибнуть коралловые рифы. Уровень моря поднялся на 17-18 см за последние 100 лет. Углекислый газ, метан, водяной пар, фреоны создают в целом около 98% парникового эффекта, 2 % приходятся на инертные газы. Метан (СН₄) стоит на втором месте в ряду парниковых газов. Однако метан в 30 раз эффективнее, чем углекислый газ, удерживает в атмосфере тепло. За последние два столетия его концентрация в атмосфере возросла более чем в 2,5 раза.

Площадь пустынь во всем мире растёт в результате повышения температуры. В конце 2007 года, Австралия потеряла 25% урожая в связи с опустыниванием земель.

Текст кейса

Парниковый эффект – это повышение температуры поверхности земли по причине нагрева нижних слоев атмосферы скоплением парниковых газов. В результате температура воздуха больше, чем должна быть, а это приводит к таким необратимым последствиям, как климатические изменения и глобальное потепление. С развитием технологий с каждым годом увеличивается количество источников, которые обеспечивают парниковый эффект в атмосфере:

— использование горючих полезных ископаемых в промышленности – угля, нефти, природного газа, при сжигании которых в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа и других вредных соединений;

— транспорт – легковые и грузовые автомобили выделяют выхлопные газы, которые также загрязняют воздух и усиливают парниковый эффект;

— вырубка лесов, которые поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а с уничтожением каждого дерева на планете увеличивается количество углекислого газа (СО₂) в воздухе;

— лесные пожары – еще один источник уничтожения растений на планете;

— увеличение населения влияет на возрастание спроса продуктов питания, одежды, жилища, и чтобы это обеспечить, растет промышленное производство, которое все интенсивнее загрязняет воздух парниковыми газами;

— агрохимия и удобрения содержат различное количество соединений, в результате испарения которых выделяется азот – один из парниковых газов;

— разложение и горение мусора на полигонах способствуют увеличению парниковых газов.

Повышение температуры приводит к таянию ледников, что способствует повышению уровня вод Мирового океана.

Повышение температуры воздуха приводит к тому, что территории, которые мало увлажняются атмосферными осадками, становятся засушливыми и непригодными для жизни. Гибнут урожаи, что приводит к продовольственному кризису населения. Животным не находится пропитания, поскольку из-за недостатка воды вымирают растения.

Люди не выдерживает высоких температур. Это приводит к солнечным и тепловым ударам, обезвоживанию и проблемам с сердечно-сосудистой системой. Повышение температуры воздуха приводит к развитию следующих заболеваний и эпидемий: лихорадка Эбола; холера; птичий грипп; чума; желтая лихорадка. Эти болезни очень быстро географически распространяются, поскольку высокая температура атмосферы способствует перемещению различных инфекций и переносчиков заболеваний.

Задание 1 к кейсу

Проанализируйте предложенную информацию, и ответьте на следующие вопросы.

Ключ к ответу задания 1

Задание 2 к кейсу

Проанализировав предложенную информацию, определите главную проблему, связанную с возникновением парникового эффекта.

(Ключ к ответу: главной проблемой парникового эффекта является глобальное потепление климата)

Задание 3 к кейсу

Используя дополнительные источники информации, подготовьте сообщение: «Антропогенные и природные источники метана»

1. Перечислите природные и антропогенные источники метана по диаграммам 1, 2

2. Определите по одному основному источнику каждой группы.

Информационный материал

Парниковый эффект напрямую связан с природными объектами и явлениями, однако в последние столетия деятельность человека также стала вносить существенный вклад в этот процесс. Рассмотрим, каким образом один из парниковых газов метан СН₄ влияет на парниковый эффект.

Антропогенные источники метана

К антропогенным источникам метана относятся (диаграмма 1):

Добыча угля. В год из угольных шахт выделяется 46 миллионов тонн метана, заключенного в угольные пласты.

Сжигание биомассы. В результате сжигания различных природных материалов, в том числе вследствие рукотворных пожаров, в атмосферу выделяется 50 миллионов тонн метана в год.

Нефтегазовая промышленность. За год в процессе добычи, транспортировки и переработки природного газа и нефти в атмосферу уходит 60 миллионов тонн метана.

Рисовые поля. Количество метана, ежегодно поднимающегося со дна затопленных рисовников, оценивается 60 (шестьюдесятью) миллионами тонн.

Свалки. Ежегодно в результате гниения свалок в атмосферу попадает 61 миллион тонн метана.

Жвачные животные. Коровы, овцы и другие жвачные животные, которых разводит человек, выделяют в атмосферу 81 миллион тонн метана за год.

Всего в результате деятельности человека в атмосферу ежегодно попадает примерно 358 миллионов тонн метана.

Природные источники метана

К природным же источникам метана относятся (диаграмма 2):

Природные пожары. Их вклад в увеличение парникового эффекта – 2 миллиона тонн метана в год.

Океан. В результате жизнедеятельности его обитателей за год в атмосферу попадает 4 миллиона тонн метана.

Метан гидраты – химические (клатратные) соединения метана и воды. В природе они встречаются в виде льда с заключенным в него метаном, их можно обнаружить в вечной мерзлоте и на дне океанов. Из-за потепления океанических вод лёд тает и выделяет в атмосферу метан. Мощность этого источника составляет 5 миллионов тонн газа за год.

Лавовые и грязевые вулканы в процессе извержения ежегодно выбрасывают в атмосферу 14 миллионов тонн метана.

Термиты. В процессе переваривания съеденной целлюлозы эти насекомые выделяют в атмосферу метан в количестве 20 миллионов тонн в год.

Болота. Они ежегодно выделяют в атмосферу 100 миллионов тонн метана.

Таким образом, из природных источников в атмосферу ежегодно попадает примерно 145 миллионов тонн метана.

Болота являются основным природным источником метана в атмосфере. Метан является третьим по значению парниковым газом и роль его в атмосфере Земли велика.

Задание 4 к кейсу

Ваш заказчик хотел бы получить топливо более выгодное экономически и экологически.

Есть два варианта: метановая смесь и пропан - бутановая смесь.

Ваша задача: опередить,  какая  смесь экологически чистая.

Подсказка. Запишите уравнения реакций горения метана, пропана, бутана, просчитайте количество молекул газов, сделайте выводы

Ключ к ответу

Уравнения химических реакций

CH₄ +2 O₂ = CO₂+2H₂O

C ₃ H ₈ + 5O₂ = 3CO₂+4H₂O

2C ₄ H ₁₀ + 13O₂ =8 CO₂+10H₂O

Вывод:  Метановая смесь экологически более чистое топливо, так как  сгорает всего 2 молекулы кислорода, и выделяется 1 молекула углекислого газа.

Задание 5 к кейсу

В городе Расдорф (Германия) в центральной части страны взорвался коровник, сообщает агентство Reuters. Причиной взрыва на немецкой ферме стало образование газа, который находится в продуктах жизнедеятельности коров. Газ взорвался из-за статического электрического разряда, который вызвал вспышку пламени, сообщили в правоохранительных органах.

Какой газ стал причиной взрыва коровника? Составьте уравнение протекающей реакции. Как можно было предотвратить взрыв?

Ключ к ответу

Причиной взрыва на немецкой ферме стало образование метана, который находится в продуктах жизнедеятельности коров.

Для взрыва необходимо, чтобы концентрация метана в атмосфере была от 5 до 16 %; самая взрывоопасная концентрация — 9,5 %. При концентрации более 16 % метан просто горит, без взрыва (при наличии притока кислорода); до 5-6 % — горит в присутствии источника тепла.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Фермеры прекрасно знают, что если не проветривать помещение коровника, то малейшая искра приведет к взрыву

Задание 6 к кейсу

Ученые проследили изменения концентрации метана в атмосфере Земли. С этой целью они отбирают керны в материковых льдах Антарктиды или Гренландии. Лед в кернах имеет разный возраст: чем глубже он расположен, тем он старше. Состав воздуха в пустотах льда на различной глубине соответствует составу атмосферы в момент образования льда.

На графике приведены статистические данные изменения концентрации метана в атмосфере Земли за последние 140 тыс. лет.

Можно ли на основании графика утверждать, что рост концентрации метана связан с интенсивным ростом населения Земли? Дайте обоснованный ответ.

Ключ к ответу

До новой эры интенсивность хозяйственной деятельности человечества была незначительной и поэтому наблюдаемая концентрация метана обеспечивалась только естественными факторами.

Задание 7 к кейсу

Прочитайте текст «Парниковый эффект и коровы» и дайте объяснение этому факту.

Составьте уравнение реакции образования метана, происходящее в желудке коровы. Предложите варианты решения проблемы по уменьшения выброса метана сельскохозяйственными животными

Информационный материал

Парниковый эффект и коровы

Коровы, как и другие жвачные, питаются преимущественно травой. Но эта пища переваривается долго и с большим трудом. Значительную роль в коровьем пищеварении играет рубец — передний отдел желудка коровы. В нем находятся миллиарды микробов, которые ферментируют пищу и позволяют скоту переваривать жесткие, богатые клетчаткой продукты. В ходе этого процесса образуются побочные газы – водород и углекислый газ. Метаногены (еще одни микроорганизмы в рубце) объединяют эти газы в метан.

Каждая корова за год производит и испражняет от 70 до 120 кг метана. Коров в мире примерно полтора миллиарда. Метан — сильнейший парниковый газ, поэтому вклад коров в глобальное потепление воспринимается учеными всерьез

Ключ к ответу

Метаногены объединяют водород и углекислый газ в метан.

СО₂+2Н₂→ СН₄+2Н₂О

Самое простое, что может сделать каждый — это пересмотреть собственный рацион. Снижение объёмов потребляемого мяса способно не только сохранить окружающую среду, но и оказать благотворное влияние на организм. Норма потребляемого мяса для взрослого человека составляет 69,35 кг в год, в то время как в реальности в развитых странах это количество сегодня превосходит сто килограммов. Поэтому сокращение потребления мясных продуктов — это прекрасный способ сохранить чистоту природы.

Задание 8 к кейсу

Разработайте памятку «Меры необходимые для предотвращения парникового эффекта»

(Ключ к ответу)

Памятка «Меры необходимые для предотвращения парникового эффекта»

• уменьшить (сжигание) ископаемого топлива

• шире использовать (возобновляемые) источники энергии (ветровая и солнечная энергия, энергия недр Земли - гейзеры, энергия приливов и отливов)

• прекратить (вырубку лесов), т.к. лес естественный поглотитель СО₂

• переход от крупных( ТЭС, ГЭС, АЭС) к мелким станциям, что позволит сократить потери энергии при транспортировке на дальние расстояния

• использовать новые (очистные сооружения) в промышленности

• принять новые (законы) о повышении налогов для предприятий, превышающих лимиты выброса углекислого газа

• пропагандировать (энергосбережение)

Заключение

Борьба с выбросом парниковых газов сегодня ведётся на международном уровне. Проводятся мировые саммиты, посвящённые этой проблеме, создаются документы, направленные на организацию глобального решения вопроса. Многие учёные мира занимаются поиском способов уменьшения парникового эффекта, сохранения баланса и жизни на Земле.