Efekt cieplarniany
Efekt cieplarniany.
1.Wstęp
2.Model powstawania efektu cieplarnianego.
3.Gazy wpływające na efekt cieplarniany.
4.Prognozy dotyczące globalnego ocieplenia.
5.Sposoby ograniczenia efektu cieplarnianego.
6.Krótkie podsumowanie.
1.Wstęp
Chociaż efekt cieplarniany nie jest fenomenem współczesności, a naturalnym skutkiem istnie-
nia atmosfery otaczającej Ziemię, warunkiem istnienia życia, to jednak szybkie nasilenie tego procesu w obecnych czasach wzbudza uzasadnione obawy o charakter zmian środowiska, zachodzących w dotąd nie znanym tempie i kierunku. Na temat globalnego ocieplenia powsta-
ła na świecie bogata literatura, odbywają się liczne zebrania i konferencje, a problem spodzie-
wanych skutków ocieplenia przestał być już tylko problemem naukowców, a stał się także po-
lityków, organizacji społecznych i działaczy gospodarczych. Badacze nie wiedzą jeszcze jak wielkie będą zmiany klimatu, ani jak wpłyną one na ludzi. Narasta jednak przekonanie, że po-
trzebna jest dyskusja o zagrożeniach jakie niesie ze sobą globalne ocieplenie i, ze trzeba pilnie
poszukiwać dróg do ich u niknięcia.
2.Model powstawania efektu cieplarnianego.
Temperatura obserwowana przy powierzchni Ziemi jest w głównej mierze wynikiem równo- wagi pomiędzy ilością energii otrzymywanej od Słońca i energii wypromieniowanej przez układ Ziemia – atmosfera. Promieniowanie słoneczne docierające na Ziemię powoduje ogrza-
nie jej powierzchni. Ciepło to jest oddawane do atmosfery głównie przez promieniowanie pod-
czerwone. Może ono przeniknąć przez atmosferę i do przestrzeni kosmicznej lub zostać zaab-
sorbowane przez substancje gazowe i oddane z powrotem Ziemi. Wielkość energii promieni-
stej, która zostanie zwrócona ku Ziemi, zależy od tego, jakie jest stężenie i różnorodność w atmosferze pochłaniających ją gazów. Jak dotąd efekt ten w atmosferze był dla nas dobroczy-
nny. Uważa się, że gdyby go nie było – średnia temperatura przy powierzchni Ziemi byłaby o
około 30 C niższa od obserwowanej dzisiaj.
Jednakże koncentracja substancji śladowych w atmosferze stale wzrasta na wskutek różnej działalności człowieka i dlatego oczekuje się wzmożenia efektu cieplarnianego tzn. znaczącego wzrostu temperatury w troposferze w ciągu najbliższych 10 lat.
Warto także wspomnieć o takiej działalności człowieka, która prowadzi do zmian absorpcyjnych powierzchni Ziemi. Do najważniejszych należy zaliczyć: wycinanie lasów i ogólny zanik szaty roślinnej oraz pokrywanie się lodowców i innych mas lodu i śniegu pyłami, które w sposób istotny zwiększają energię słoneczną absorbowaną przez śnieg i lód, a co w konsekwencji prowadzi do ich szybszego topnienia.
3.Gazy wpływające na efekt cieplarniany.
Gazy, które mogą powodować efekt cieplarniany występują w atmosferze w śladowych ilościach ( tab.1 ), a mimo to mają istotny wpływ na magazynowanie ciepła w troposferze. Tymi gazami są przede wszystkim: dwutlenek węgla ( ok.50% udziału w efekcie cieplarnianym ), metan ( 15% udziału ), tlenki azotu ( ok.6% udziału ), związki chlorofluorowęglowodorowe
( freony – głównie CFC-11 ( CFCl ) i CFC-12 ( CF Cl ) i halony ) ( ok.14% ) i ozon troposferyczny ( ok.12% ).
Gazy te zostały nazwane gazami cieplarnianymi ( szklarniowymi ) i decydują one o potencjale
ocieplania globalnego, przyczyniają się one do ”pułapkowania” promieniowania podczerwo-
nego ( termicznego ) i zwiększenia efektu cieplarnianego. Ich koncentracja w powietrzu ciągle wzrasta na wskutek różnorodnej działalności człowieka. Wkład każdego z tych gazów zależy od czasu życia tego gazu w atmosferze ( tab.2 ) a także od jego ilości. W tabeli 3 zestawiony jest względny wkład do absorpcji promieniowania Ziemi w podczerwieni dla kilku gazów szklarniowych.
Dwutlenek węgla jest emitowany do atmosfery zarówno za źródeł naturalnych jak i w wyniku działalności człowieka. Spalanie różnego rodzaju paliw, motoryzacja, etc. jest przyczyną wprowadzania do atmosfery CO . jest on ciągle wymieniany między atmosferą a wodami oceanów, biosferą i litosferą. Szacuje się, że powstały dwutlenek węgla w 30% ( procent masowy ) przenika do oceanów, 20% do biosfery i 50% pozostaje w atmosferze. Koncentracja dwutlenku węgla rośnie też dlatego, że trwa niszczenie lasów. Jest ono równie wydajnym źródłem tego gazu, co ”kominy przemysłowe”. Ludzie, by zdobyć dodatkowe obszary uprawne bardzo często wypalaja lasy. Poprzez to, nasyca się atmosferę CO , ale też ogranicza się ilość zielonej biomasy, która pobierała ten gaz z atmosfery i wiązała go. Oprócz tego, że zanika proces fotosyntezy po wypaleniu lasów glebowe procesy rozkładu uwalniają dodatkowe ilości dwutlenku CO . Antropogeniczny wzrost stężenia dwutlenku węgla wynosi około 0,4% na rok.
Freony nie występują w naturze, lecz są produktem przemysłu chemicznego. Stosowano je do niedawna w wielu dziedzinach przemysłu: w przemyśle tworzyw sztucznych do produkcji pianek, jako czynnik w przemyśle chłodniczym, w rozpylaczach aerozolowych, jako rozpuszczalniki etc. freony przyczyniają się do niszczenia ozonu w stratosferze a także mają swój udział w efekcie szklarniowym. W wyniku rozpadu freonów powstaje atom chloru, który wchodzi w reakcje z ozonem powodując jego rozpad. Reakcja ta ma charakter łańcuchowy. Jeden atom chloru ”rozbija” około 100 tys. cząsteczek ozonu. Porozumienie montrealskie ( z późniejszymi zmianami ) wprowadza pewne ograniczenia w produkcji freonów i ich emisji do atmosfery, ale ich długi okres życia w atmosferze ( tab.2 ) powoduje jednak, ze koncentracja
Ich nadal rośnie. Wzrost stężenia freonów wynosi odpowiednio dla CFC-11 i dla CFC-12 : 5%.
Metan powstaje w procesach gnilnych zarówno naturalnych jak i wynikających z ludzkich działań szczególnie w rolnictwie. Najważniejszymi źródłami metanu ( w mln ton ) są: naturalne bagna ( 100-200 ), zwierzęta przeżuwające ( gł. bydło ) ( 60-100 ), pola ryżowe ( 60-170 ), spalanie biomasy ( 50-100 ), wysypiska śmieci ( 30-70 ), kopalnie węgla ( 25-45 ) i odwierty gazu naturalnego ( 25-50 ), gdzie często dochodzi do emisji metanu. Wzrost jego stężenia związany jest także z powiększeniem liczby ludności. Przyrost ludności pociągnął za sobą konieczność wzrostu produkcji żywności. W wyniku tego wzrosła powierzchnia upraw ryżu oraz hodowla zwierząt przeżuwających. Zawartość metanu rośnie liniowo z prędkością około 1,5% rocznie.
Ozon. Utlenienie się CO w obecności NO w troposferze może stać się źródłem powstawania ozonu ( O ). Mimo, że gazy ( CO i NO ) nie maja bezpośredniego wpływu na efekt cieplarniany, to powstający ozon jest aktywnym gazem szklarniowym. W troposferze ozon jest szkodliwym zanieczyszczeniem, podczas gdy stratosferze pełni on ważną rolę naturalnego filtru, osłabiając groźne promieniowanie ultrafioletowe wynikające z promieniowania słońca. Obecność ozonu w stratosferze ma istotne znaczenie dla bilansu tej cieplnej warstwy jak i dla całej atmosfery. Im ozonu jest więcej w tej warstwie, tym bilans ten jest korzystniejszy, bo większe jest wówczas pochłanianie promieniowania ultrafioletowego emitowanego przez Słońce.
Ważnym gazem szklarniowym są też tlenki azotu. Ich ilość w atmosferze wzrasta rocznie o około 0,25%, ale ze względu na długi czas życia ( tab.2 ) w atmosferze, odgrywają one zasadniczą rolę. Głównymi źródłami tlenków azotu jest ( w mln ton ): spalanie węgla kamiennego ( 2-7 ), węgla brunatnego ( 1-3 ), ropy ( 1-3 ), gazu ziemnego ( 2-3 ), przemysł ( 1 ), motoryzacja ( 4-8 ) i spalanie biomasy ( około 12 ).
Komplikowany jest także wpływ wody ( pary wodnej ) występującej w atmosferze. Kropelki wody odgrywają ważną rolę w bilansie cieplnym Ziemi, albowiem bardziej niż dwutlenek węgla absorbują promieniowanie podczerwone. Chmury formowane z kropelek wody rozpraszają światło słoneczne powodując tym samym spadek temperatury przy powierzchni Ziemi. Jednak z drugiej strony para wodna i kropelki wody działają także jako ”parasol” zatrzymując ciepło reemitowane z powierzchni Ziemi.
4.Prognozy dotyczące globalnego ocieplenia.
Bliższe określenie wymiarów zmian klimatycznych spowodowane wzrostem stężenia gazów szklarniowych nie jest jeszcze możliwe. Klimat jest nadzwyczaj złożonym systemem, podzielonym na zróżnicowane strefy. Brakuje też szczegółowych danych o wrażliwości niektórych naturalnych systemów na spodziewane zmiany. Przeprowadzono jednak szacunkowe obliczeniach ( symulacje komputerowe ) przyjmujące różne warianty skutków wzrostu emisji szkodliwych gazów i tak :
ł Znaczny wzrost emisji szkodliwych gazów przy dużej wrażliwości klimatu może spowodować wzrost rocznej temperatury o 0,8 i podniesienie poziomu mórz o 24 cm na każde 10 lat.
ł Obecny poziom emisji gazów i ograniczenie emisji freonów, przy średniej wrażliwości klimatu może przynieść wzrost rocznej temperatury o 0,3 i podniesienie poziomu mórz o 505 cm na dziesięciolecie.
ł Duży wysiłek wszystkich krajów, by ograniczyć emisję gazów, oaz mała wrażliwość klimatu ograniczą wspomniane efekty do 0,06 i 1 cm na 10 lat.
Ocieplenie się klimatu może spowodować między innymi przesuwanie się stref klimatyczno – roślinnych na Ziemi oraz stref klimatycznio - wysokościowych w górach, topnienie ( tajanie )
Lodowców i podnoszenie się poziomu wód oceanicznych, duże zmiany w atmosferze etc.
5.Sposoby ograniczenia efektu cieplarnianego.
Nie należy :
-spalać węgla oraz ropy naftowej w procesach przemysłowych ( 2/3 źródeł powstawania efektu wywoływanego działalnością człowieka )
-wycinać lasów tropikalnych
-spalać biomasy i wysiewać nawozów na grunty uprawne ( powstaje wtedy podtlenek azotu )
Należy:
-ograniczyć pożary sawanny do minimum
-ograniczyć powstawanie metanu w wyniku uprawy ryżu i hodowli bydła
-ograniczyć użycie CFC ( rozpuszczalniki, ciecze chłodnicze etc. )
-ograniczyć procesy fotochemiczne
6.Krótkie podsumowanie.
Klimat Ziemi, jak i cała planeta ulega nieustannym zmianom. Przyczyn takich zmian jest wiele i dotyczą różnych skal czasowych: od cyklu rocznego wynikającego z ruchu Ziemi wokół Słońca, poprzez cykle dwuletnie, ośmioletnie, jedenastoletnie do cykli trwających dziesiątki i setki tysięcy lat spowodowane przyczynami astronomicznymi, do setek milionów jako konsekwencje zmian położenia kontynentów, przemieszczania się biegunów, a wreszcie ruchu obrotowego Układu Słonecznego wokół Centrum Galaktyki.
Ludzkość ma jeszcze szansę powstrzymać ciągle postępujące zanieczyszczenie naszej planety, oraz efekt cieplarniany. W tym celu jednak np., musiałoby zamknąć się wiele fabryk. Na takie posunięcia nie zgadzają się inwestorzy. Nie widzą oni że, NIEDŁUGO NIE BĘDZIE CZEGO RATOWAĆ.
Efekt cieplarniany jest to zjawisko ocieplenia atmosfery, spowodowane zwiększoną w niej ilością zanieczyszczeń, a w szczególności wzrostem zawartości CO .
Gdyby nie to zjawisko, temperatura na powierzchni Ziemi wynosiłaby – 18 C. Zaburzeniem jest więc nie zjawisko jako takie, lecz jego nasilenie w wyniku działalności człowieka. Blisko 30% docierającego do Ziemi promieniowania słonecznego odbija się od atmosfery i powierzchni naszej planety, od chmur; pozostała część zatrzymywana przez Ziemię jest następnie wypromieniowana w otaczającą przestrzeń w postaci promieniowania podczerwonego. Otóż w trakcie tej wymiany: Słońce – Ziemia – przestrzeń kosmiczna, niektóre gazy zachowują się jak szyba, umożliwiają światłu słonecznemu, zatrzymują natomiast podczerwień.
CIEKAWOSTKI.
DWUTLENEK WĘGLA.
Trudno jest określić, który rodzaj działalności człowieka wpłynął na zwiększenie CO w atmosferze, ale na podstawie współczesnych oszacowań określono, że ilość CO powstającego w wyniku działalności przemysłowej jest około trzykrotnie wyższa od ilości CO powstającego przy wypalaniu lasów.
PROCENTOWY UDZIAŁ PAŃSTW W EMISJI GAZÓW CIEPLARNIANYCH:
USA 19,1 Niemcy 3,7 Polska 1,5
Chiny 9,9 W. Brytania 2,4
Japonia 5,1 Indonezja 1,9
Brazylia 4,3 Włochy 1,7