Ocieplenie Ziemi- efekt szklarniowy

Żyjemy w czasach przełomów. Rozpadają się imperia, kruszą się systemy polityczne, zmienia się mapa świata. Nawet najnowsze atlasy są już nieaktualne. Powstają dziesiątki nowych państw, święte do niedawna granice ulegają zmianom. Ale i geografia fizyczna musi zrewidować swoje mapy. Znane nam ze szkoły zarysy wielkich mórz śródlądowych (na przykład Morza Kaspijskiego) już od dawna nie odpowiadają rzeczywistości. Zasięgi lodowców górskich zmieniają się z niezwykłą szybkością. Nieaktualne są też mapy klimatyczne świata, bo klimat zmienia się szybciej niż cykl produkcyjny atlasów. Już w najbliższych dziesięcioleciach daleko idącym zmianom mogą ulec zarysy linii brzegowych wielu państw świata, niektóre zaś państwa przypuszczalnie znikną w ogóle z powierzchni Ziemi. Już dziś przygotowuje się plany ewakuacji setek tysięcy ludzi z terenów, które mogą zostać zalane. Ostatnie lata przyniosły rekordowe upały na całym świecie i przejdą do historii jako najcieplejsze od wielu stuleci, być może nawet od końca ostatniej epoki lodowej. Ale i cała dekada lat osiemdziesiątych była pod tym względem rekordowa. Jak pisze John Gribbin: Globalne temperatury wzrosły o około 0,5C od początku zeszłego stulecia. Zdanie to, wyjęte z Raportu Badań Klimatycznych Uniwersytetu Wschodniej Anglii, zapisano w roku 1989, czyli przed rekordowymi upałami ostatnich paru lat. Wzrost temperatury będzie jeszcze większy, nawet o 1C, jeśli uwzględnimy okres od roku 1850, kiedy to rozpoczęło się powolne ocieplanie klimatu. Świat, w którym żyjemy, jest niewątpliwie cieplejszy od znanego nam z przekazów historycznych.


OCIEPLENIE ZIEMI – EFEKT SZKLARNIOWY

Promieniowanie Ziemi o długości fal, nie odpowiadających „oknom” przepuszczalności atmosfery, zostaje uwięzione, gdyż nie może przedostać się przez atmosferę. Energia tego promieniowania zostaje zużyta na wzrost energii kinetycznej cząsteczek gazów atmosfery, czyli na jej podgrzanie, lub zostaje reemitowana we wszystkich kierunkach, w tym częściowo ku Ziemi, co oczywiście podnosi jej temperaturę. Zjawisko to najprościej można wytłumaczyć na podstawie szklarni stąd nazwa efektu szklarni. Właśnie w szklarni dach przepuszcza promieniowanie padające z zewnątrz zwykle widzialne oraz bliską podczerwień, a odbija promieniowanie wnętrza – daleką podczerwień.

Wielkość energii promienistej, która zostanie zwrócona ku Ziemi, zależy istotnie od tego, jakie jest stężenie i różnorodność w atmosferze pochłaniających ją gazów. Nazywamy je „gazami szklarniowymi”. Obecnie wiemy, że wiele gazów może odgrywać taką rolę. Oprócz dwutlenku węgla do gazów szklarniowych zaliczyć można metan – ulatniający się z kopalń węgla kamiennego i odwiertów ropy naftowej, ale także powstający w procesie rozkładu substancji organicznych, głównie na ryżowiskach i z rozkładu odchodów bydlęcych, jak i freony, czyli związki chloroorganiczne oznaczane z angielskiego CFC, i wiele innych gazów. Wszystkie one przyczyniają się do „pułapkowania” promieniowania podczerwonego i zwiększania efektu cieplarnianego.

W tabeli poniżej podane są względne wkłady do absorbcji promieniowania Ziemi w podczerwieni (tak zwane potencjały szklarniowe) ważniejszych dla tego zjawiska gazów. Ostateczny wkład każdego z tych gazów do sumarycznego efektu cieplarnianego zależy od czasu życia tego gazu w atmosferze i jego ilości.

GAZ Względny potencjał szklarniowy
CO2CH4N2OCFC-11 (CCI3F)CFC-12 (CCI2F2) 15820639705750
Potencjały szklarniowe gazów

Dwutlenek węgla jest emitowany do atmosfery zarówno ze źródeł naturalnych, jak i w wyniku działalności człowieka. W okresie odkąd zaczęto prowadzić systematyczne i dokładne pomiary zawartości dwutlenku węgla w atmosferze, jego zawartość systematycznie rośnie.

Na rysunku poniżej podany jest klasyczny już wykres zmian zawartości dwutlenku węgla na Hawajach. Widzimy systematyczne oscylacje związane ze zmianami pór roku na półkuli północnej i okresową zwiększoną wegetacje roślin prowadzącą do zwiększonej „konsumpcji” dwutlenku węgla. Wykres ten jest jednocześnie doskonałą ilustracją roli, jaką odgrywa przyroda żywa w kształtowaniu składu naszej atmosfery. Na tle tych cyklicznych zmian rocznych możemy jednak obserwować systematyczny wzrost zawartości CO2 w atmosferze.


Ocenia się, że w wyniku spalania paliw kopalnych w 1896 roku ludzie wytworzyli około 20 500 milionów ton dwutlenku węgla. Spalanie paliw kopalnych jest ważnym, ale nie jedynym źródłem tego gazu w atmosferze. Ważną rolę odgrywa również niszczenie lasów. Przez spalanie ściętych drzew nasyca się atmosferę dwutlenkiem węgla, ale też ogranicza się ilość zielonej biomasy, która pobierała ten gaz z atmosfery i wiązała go.

Pamiętajmy, że w skorupie ziemskiej znajdują się ogromne ilości dwutlenku węgla uwięzione w skałach osadowych w postaci węglanów. Ten dwutlenek węgla jest uwalniany w wyniku różnych, nieraz bardzo skomplikowanych procesów zachodzących w skorupie ziemskiej i atmosferze. Duże ilości dwutlenku węgla uwalniane są w czasie wybuchów wulkanów oraz ze źródeł wód mineralnych.

Po wielkim wybuchu wulkanu El Chichon w Meksyku w kwietniu 1982 roku i Pinatubo na Filipinach w lipcu 1991 roku, które charakteryzowały się tym, że wyrzucone zostały do atmosfery ogromne ilości pyłów, nastąpił wyraźny spadek średniej temperatury w tym rejonie. Podobny efekt daje dwutlenek siarki tak obficie wyrzucany do atmosfery przez nasze huty i elektrownie. Pożytek z tego typu zanieczyszczeń dla zmniejszenia efektu cieplarnianego jest niestety niewielki, gdyż czas życia SO2 w atmosferze jest niezbyt długi.
Istnieje całkiem poważna hipoteza, że wyginięcie dinozaurów związane było z upadkiem na Ziemię ogromnego meteorytu, który spowodował wyrzucenie do atmosfery tak dużych ilości pyłów, że spadek temperatury na powierzchni Ziemi wywołany tym zjawiskiem spowodował śmierć tych ogromnych gadów.

Stwierdzono też inne, zaskakujące skutki działalności wulkanicznej. Podczas wybuchów wulkanów następuje wyrzucenie do górnych warstw atmosfery znacznych ilości chlorowodoru. Chlor uwolniony po rozkładzie HCI działa dokładnie tak samo jak chlor powstały po rozkładzie freonów w górnych warstwach atmosfery. Stwierdzono jeszcze inny wpływ wybuchów wulkanów na warstwę ozonową Ziemi. Wyrzucane do górnych warstw atmosfery pyły, w znacznym stopniu związki siarki, działają katalitycznie na tworzenie się związków tlenków azotu i chloru, które następnie migrują do jeszcze wyższych warstw atmosfery przyczyniając się tam do rozkładu ozonu. Zjawisko to zaobserwowano po wybuchach obu wspomnianych wyżej wulkanów, jak też po innej, mniej znanej erupcji wulkanu Hudson w Chile. Wybuch wulkanu Pinatubo (w lipcu) spowodował według obecnych ocen spadek zawartości ozonu nad Antarktydą w warstwach atmosfery 11 – 13 km i 25 – 30 km nad poziomem morza o blisko 50% (we wrześniu).

Ważną rolę w bilansie CO2 odgrywają również oceany. Pewna ilość dwutlenku węgla z atmosfery pochłaniana jest przez wodę. Nie potrafimy precyzyjnie ocenić tego procesu. Wiemy natomiast doskonale, że pewne substancje, głównie pyły zawarte w atmosferze działają w kierunku przeciwnym niż gazy szklarniowe. Odbijając promieniowanie słoneczne powodują obniżenie średniej temperatury na powierzchni Ziemi. Tego typu zjawiska obserwowano już wielokrotnie.

Omawiane globalne zjawiska w atmosferze są bardziej skomplikowane, niż to się wydawało początkowo i wymagają dłuższych i bardziej skrupulatnych badań, aby prawidłowo rozpoznać wszystkie czynniki, które mogą mieć wpływ na to zjawisko. Nie znaczy to jednak, że nie doceniamy destrukcyjnej działalności człowieka na tym polu. Nie jest wykluczone, że przynajmniej w pewnych dziedzinach zachwialiśmy naturalny stan równowagi i proces ten biegnie teraz spontanicznie.

Działalność człowieka jest tylko jednym z czynników, które kształtują skład i funkcje atmosfery ziemskiej. Znaczne anomalie pogodowe obserwowano wielokrotnie w przeszłości, kiedy człowiek nie rozpoczął jeszcze swojej destrukcyjnej działalności. Jest pewne, że działalność człowieka przyczynia się do zachwiania istniejącego stanu. Ale też nie wiemy na pewno, w jakim stopniu stan obecny jest naturalnym stanem równowagi. Nie musimy być odpowiedzialni jako ludzkość za wszystko, co jest zmienne na tej planecie.
Jest wiele tak zwanych scenariuszy dalszego rozwoju cywilizacyjnego, którego autorzy starają się przewidzieć, jak rozwinie się sytuacja klimatyczna na Ziemi w przyszłości. Horyzont czasowy jest zwykle 50 do 100 lat. Na obecnym etapie zrozumienia problemy emisji CO2 i jego wpływu na zmiany klimatu rozważania te nie wydają się zbyt godne zaufania, dlatego nie warto poświęcać im uwagi. Wystarczy pamiętać, że prawie wszystkie prognozy są pesymistyczne i dlatego znajdują swoich wiernych wyznawców.

Innym ważnym gazem szklarniowym jest metan. Jest go wprawdzie w atmosferze tylko około 1,7 ppmv w porównaniu z około 350 ppmv dwutlenku węgla, jednak jego blisko 60-krotnie większe własności szklarniowe powodują, że znaczenie jego jest istotne. Czas życia metanu w atmosferze wynosi 7 do 10 lat. Najważniejszymi źródłami metanu są naturalne bagna, zwierzęta przeżuwające, pola ryżowe, spalanie biomasy, wysypiska śmieci oraz kopalnie węgla i odwierty gazu naturalnego. Zawartość metanu w atmosferze rośnie liniowo w ciągu ostatnich lat, z prędkością około 1,5% rocznie. Tak jak w przypadku dwutlenku węgla, koncentracja metanu w atmosferze zwiększa się, do czego przyczyniają się procesy naturalne i działalność człowieka.

Kolejnymi ważnymi gazami szklarniowymi są tlenki azotu. Ich ilość w atmosferze wzrasta rocznie o około 0,25%, ale ze względu na długi czas życia w atmosferze, około 150 lat, odgrywają one bardzo znaczną rolę. Głównymi źródłami tlenków azotu są: spalanie węgla kamiennego, węgla brunatnego, ropy, gazu ziemnego, przemysł, samochody i spalanie biomasy.

Na początku rewolucji przemysłowej w 1760 roku koncentrację dwutlenku węgla w atmosferze oceniano na 280 cząsteczek na milion. W 2000 roku zwiększyła się ona do 370 cząsteczek na milion, co oznacza wzrost o 32% w stosunku do poziomu z epoki przedindustrialnej. Przyrost CO2 w atmosferze w latach 1960-2000 o 54 cząsteczki na milion okazał się daleko większy niż w latach 1760-1960 (36 cząsteczek/milion).

Od 1959 roku, kiedy zaczęto przeprowadzać coroczne pomiary, koncentracja CO2 w atmosferze zwiększała się z każdym rokiem. Jest to teraz najłatwiej przewidywalny wskaźnik zmian w stanie środowiska. Jak zauważyliśmy wcześniej, 14 najcieplejszych lat od ostatniego rekordu zdarzyło się po roku 1980. W ciągu trzech ostatnich dziesięcioleci, średnia temperatura na Ziemi wzrosła z 13,99C (lata 1969-1971) do 14,43C (lata 1998-2000), co oznacza przyrost o 0,44C. Temperatura nie tylko szybko rośnie, ale (jak się przewiduje) będzie rosła jeszcze szybciej w tym stuleciu. Jeśli w końcu ubiegłego wieku koncentracja CO2 w atmosferze rzeczywiście zwiększyła się dwukrotnie w stosunku do czasów przed rozwojem gospodarki, osiągając poziom 560 cząsteczek na milion, to temperatura powinna była wzrosnąć o 1,4 – 5,8C. Rosnąca temperatura zwiększa gwałtowność zaburzeń klimatycznych, jak rekordowe upały, topnienie lodów, podwyższanie się poziomu mórz i coraz potężniejsze burze.

Przewidywany wzrost temperatury nie będzie rozkładał się równomiernie. Będzie znacząco większy na lądach, a mniejszy na oceanach, będzie także większy w rejonach położonych bliżej biegunów niż w strefie równikowej. Największe skoki temperatury mogą wystąpić w rejonach położonych w głębi lądów półkuli północnej. Przedsmakiem tego, co ma nadejść, była fala upałów w Chicago w lipcu 1995r., kiedy temperatura w ciągu 5 kolejnych dni osiągała 38-41C. Chociaż Chicago jest nowoczesnym miastem przemysłowym, w którym szeroko stosuje się klimatyzację, ta fala upałów pociągnęła za sobą ponad 500 ofiar śmiertelnych. A ponieważ miasto leży w centrum amerykańskiego zagłębia zbożowego Corn Belt, upał ten przyczynił się także do zmniejszenia zbiorów zboża w 1995 r. O około 15%, czyli w przeliczeniu o 3 mld dolarów.

Topnienie lodów jest jednym z najbardziej widocznych przejawów ocieplenia klimatu Ziemi. Dowody na to, że lodowce górskie topią się, Przybierają czasem osobliwe formy. Pod koniec 1991 r. Turyści w południowo-zachodnich Alpach natrafili przy granicy austriacko-włoskiej na sterczące z lodowca nienaruszone ciało mężczyzny. Ponad 5 tysięcy lat temu najprawdopodobniej zaskoczyła go burza i szybko przykryła śniegiem i lodem, dzięki czemu jego ciało zachowało się nadzwyczaj dobrze. Można pokusić się o stwierdzenie, iż nasi przodkowie wychylają się z lodów, ostrzegając: klimat na Ziemi ociepla się.
W 2000 roku amerykańscy uczeni opublikowali w „Science” artykuł, w którym informowali, że gruba pokrywa lodowa Grenlandii zaczyna się topić. Dzięki temu, że większa część Grenlandii leży za kołem podbiegunowym, przybywa trochę lodu na wyżej położonych północnych krańcach wyspy, ale ubywa go o wiele więcej na niżej położonych terenach, szczególnie wzdłuż południowego i wschodniego wybrzeża. Ta ogromna wyspa o powierzchni 2,2 mln km2 traci netto 51 mld m3 wody rocznie. Jest to ilość prawie równa 2/3 ilości wody przepływającej rocznie korytem Nilu w miejscu, gdzie wpływa on na terytorium Egiptu.

W 1999 roku zespół amerykańskich i brytyjskich uczonych poinformował, że lodowe szelfy u wszystkich wybrzeży Antarktydy zdecydowanie się cofają. Od mniej więcej połowy XX wieku do końca 1997 roku na skutek odrywania się pokrywy lodowej ich obszar zmniejszył się o 7 tysięcy km2. Natomiast później, w niecały rok, zmniejszył się o kolejne 3 tysiące km2. Góry lodowe, zajmujące powierzchnię równą obszarowi stanu Delaware, które oderwały się od masywu lodowego, stanowią zagrożenie dla statków pojawiających się w tym rejonie. Przyspieszenie od 1940 r. Topnienia lodu Antarktydy uczeni przypisują podniesieniu się temperatury na tym obszarze o 2,5C.

Nie są to odosobnione przypadki topnienia lodu. Lodowce górskie topnieją na całym świecie i to coraz szybciej. Masy śniegu i lodu kurczą się we wszystkich głównych pasmach górskich świata: w Górach Skalistych, Andach i Himalajach. W Narodowym Parku Lodowcowym w Montanie liczba lodowców zmniejszyła się ze 150 w 1850 r. do niespełna 50 dzisiaj. Przewiduje się, że masa lodowcowa w Alpach, która od 1850 r. zmniejszyła się o ponad połowę, będzie nadal topnieć, aż te stare lodowce w większości całkiem zanikną w ciągu najbliższego półwiecza. Niepokojącemu przyspieszeniu uległo topnienie mas lodowych w Himalajach. Lodowiec Dokriani Bamak we wschodnich Indiach, który w latach 1992-1997 cofnął się o 16,5 m, jedynie w roku 1998 skurczył się o dalsze 20 m.
Biorąc pod uwagę tak radykalne kurczenie się lodowców powinniśmy zadać sobie pytanie:
„Co dzieje się z lodowcami dalej?”.

Poziom mórz jest czułym wskaźnikiem globalnego ocieplenia, ponieważ wpływa na niego zarówno ekspansja termiczna wody, jak i topnienie lodowców znajdujących się w głębi lądów. Przyjmuje się, że oddziaływanie tych dwóch czynników jest jednakowo silne.

W XX wieku poziom mórz podniósł się o 10-20 cm, czyli o ponad połowę przyrostu osiągniętego w ciągu poprzednich 2 tysięcy lat. Jeśli temperatura na Ziemi będzie nadal rosła, to należy oczekiwać znacznego przyspieszenia tempa wzrostu poziomu mórz.

Podnoszenie się poziomu wód morskich ma liczne konsekwencje. Najbardziej oczywistą są powodzie spowodowane rozszerzeniem się oceanów kosztem lądów. Wraz ze wzrostem poziomu mórz słona woda może wdzierać się do przybrzeżnych źródeł słodkiej wody. Zagrożenie to jest tym większe, że równocześnie w przybrzeżnych regionach wielu krajów, w tym Izraela, Pakistanu, Indii i Chin obniża się lustro wód gruntowych.

Wzrost poziomu mórz o 1 metr spowodowałby zatopienie 1/3 powierzchni Szanghaju, a w całych Chinach – narażenie 70 mln ludzi na największe od stulecia nasilenie burz. Mieszkańcy gęsto zamieszkanych dolin rzecznych Azji musieliby się przenieść w głąb i tak już bardzo zaludnionego lądu. W skutek wznoszącego się poziomu mórz pojawiłyby się miliony „uciekinierów klimatycznych”.

Dwie trzecie Wysp Marshalla i Kiribati znalazłyby się pod wodą. Stany Zjednoczone utraciłyby 36 tysięcy km2 powierzchni, przy czym największe straty wystąpiłyby w stanach Środkowego Wybrzeża i Zatoki Missisipi. Duże połacie dolnego Manhattanu w Nowym Jorku i Capitol Mall w Waszyngtonie byłyby narażone na powodzie wywoływane największym od 50 lat nasileniem burz. Dla Japonii przyrost poziomu wód morskich o 1 metr oznaczałby, że w czasie przypływów poniżej poziomu morza znalazłoby się 2,34 tysięcy km2 powierzchni kraju. Dotknęłoby to 4 milionów Japończyków, z których wielu musiałoby opuścić swoje domostwa.
Podnoszący się poziom mórz stawia nas przed trudnymi i kosztownymi wyborami. Weźmy na przykład kłopoty i koszty związane z przesiedleniem miliona Chińczyków z terenów, które mają zostać zalane w związku z budową Tamy Trzech Przełomów. Ale wydadzą się one niczym w porównaniu z koniecznością przesiedlenia dziesiątków, a później setek milionów mieszkańców Azji w związku z podniesieniem się poziomu wód oceanów, jeśli nic w tej sprawie nie zrobimy.

Ponad 90% lodu na Ziemi przypada na pokrywę lodową Antarktydy, która jest stosunkowo trwała dzięki swym rozmiarom. Jednak pozostałe 10% stanowi pokrywa lodowa Grenlandii i lodowce górskie bardziej wrażliwe na zmiany klimatyczne. Teraz, kiedy lody Grenlandii zaczęły się topić, musimy zdawać sobie sprawę co nastąpi gdy ta tendencja się utrzyma. Grubość lodu pokrywającego Grenlandię sięga w niektórych miejscach 2 km. Naukowcy z NASA obliczają, że gdyby pokrywa lodowa Grenlandii miała całkowicie zniknąć, powierzchnia wód morskich podniosłaby się o 7 m, znacznie uszczuplając obszar lądów.

Po raz pierwszy od początków rozwoju cywilizacji poziom wód morskich zaczął się podnosić na mierzalną skalę. Jest to wskaźnik, który należy śledzić, ponieważ sygnalizuje zjawisko mogące wymusić migracje ludności o wprost niewyobrażalnym zasięgu, przesądzające o dalszych losach ludzkości. Stwarza to także zagadnienie międzypokoleniowej odpowiedzialności za losy świata, wobec którego ludzkość nigdy dotychczas nie stawała.

Rosnąca temperatura na Ziemi jest również bezpośrednio związana z siłą burz. Wraz ze wzrostem temperatury na powierzchni wód morskich, szczególnie w strefach zwrotnikowych i podzwrotnikowych, do atmosfery promieniuje więcej ciepła, wywołując bardziej niszczycielskie burze. Wyższa temperatura oznacza większe parowanie. Woda, która wznosi się w górę, musi opaść. Nie wiemy tylko tego, gdzie konkretnie dodatkowa ilość wody spadnie.

Bardziej gwałtowne zjawiska pogodowe najczęściej trapią kraje położone w strefie huraganów albo tajfunów. Do najbardziej bezpośrednio dotkniętych wzrostem siły burz należą Chiny, Japonia i Filipiny na zachodnim Pacyfiku, Indie i Bangladesz nad Zatoką Bengalską oraz Stany Zjednoczone, kraje Ameryki Środkowej i Karaibów nad zachodnim Atlantykiem.

Przez ostatnie 50 lat towarzystwo reasekuracyjne Munich Re, ubezpieczające przedsiębiorstwa ubiezpieczeniowe, prowadziło szczegółowe statystyki klęsk żywiołowych zdarzających się na całym świecie, głównie burz, powodzi i trzęsień ziemi. Firma ta definiuje klęskę żywiołową na dużą skale jako zjawisko, z którym władze pojedynczego regionu nie mogą sobie poradzić i są zmuszone do odwołania się do międzynarodowej pomocy. W latach 60-tych szkody spowodowane katastrofami na wielką skalę oszacowano na 69 mld dolarów. Natomiast w latach 90-tych wyniosły one 536 mld dolarów, co oznacza prawie ośmiokrotny wzrost.

Zniszczenia powodowane przez burze są coraz większe, zarówno z powodu wzrostu gęstości zaludnienia, jak i ze względu na to, że inwestycje w budownictwo mieszkaniowe i inne obiekty wrażliwe na niszczenia w przeliczeniu na 1 mieszkańca są dzisiaj większe niż kiedykolwiek wcześniej. Przyrost tych inwestycji jest przy tym nieproporcjonalnie duży w regionach przybrzeżnych, o wiele bardziej narażonych na niszczącą siłę burz.

Mamy zatem do czynienia ze wzrostem zarówno liczby, jak i siły niszczącej burz. A potężniejsze nawałnice – to większe szkody. Podwojenie liczby burz śnieżnych na półkuli północnej w czasie krótszym niż życie jednego pokolenia w połączeniu ze wzrostem ich gwałtowności powoduje dramatyczny wzrost szkód, jakie ze sobą niosą. W tym stanie rzeczy nikt dokładnie nie wie, do czego doprowadzi utrzymanie się tych tendencji w XXI wieku, ale wiele wskazuje na to, że jeśli nic w tej sprawie nie zrobimy i poziom dwutlenku węgla w atmosferze będzie nadal wzrastał, to w przyszłości rozmiary destrukcji wielokrotnie przewyższą zniszczenia notowane obecnie – podobnie jak te dzisiejsze okażą się o wiele większe niż notowane jeszcze do niedawna. Istnieje ryzyko, że koszty uporania się ze skutkami tych coraz bardziej destrukcyjnych, wywołanych działalnością człowieka, katastrof przewyższą możliwości społeczeństw i doprowadzą do ich ekonomicznego upadku.