Rysunek 2.5. Zmiany temperatury na Ziemi

Transkrypt

1 Globalne ocieplenie Klimat na Ziemi zawsze ulegał zmianom. Zaledwie 20 tysięcy lat temu, większość obszaru Europy Północnej była pokryta lądolodem, którego grubość przekraczała trzy kilometry. Analiza klimatu ostatnich kilkunastu tysięcy lat, czyli po ustąpieniu lądolodu z umiarkowanej strefy klimatycznej Europy, wykazała niewielkie fluktuacje temperatury. Jednak w XX stuleciu wyraźnie zaznaczył się wzrostowy trend temperatury na świecie. Za zjawisko to odpowiedzialny jest tak zwany efekt cieplarniany. Efekt cieplarniany (szklarniowy) rozumiany jest jako względnie szybki wzrost średniej temperatury przy powierzchni Ziemi, spowodowany obecnością gazów pochłaniających promieniowanie podczerwone (gazów szklarniowych). Efekt cieplarniany wystąpił już w początkowej fazie tworzenia się atmosfery. Wówczas jej skład sprzyjał wystąpieniu takiego zjawiska. Późniejsza ewolucja atmosfery osłabiła znacznie procesy cieplarniane, chociaż nigdy nie zostały zlikwidowane zupełnie. Obecnie temperatura na Ziemi wynosi w granicach 15 O C. Gdyby nie istniało zjawisko szklarniowe wynosiłaby zaledwie 18 O C. W XX wieku, na skutek antropogenicznej emisji gazów szklarniowych do atmosfery, sztucznie i nieświadomie wzmocniono efekt cieplarniany. Choć systematyczne obserwacje wybranych parametrów klimatycznych prowadzono w niektórych krajach od bardzo dawna, dopiero w połowie XIX wieku sieć tych obserwacji stała się wystarczająco gęsta, aby na jej podstawie można było wyciągać wnioski dotyczące globalnych zmian klimatu. Najczęściej obserwowanym obecnie parametrem klimatycznym jest temperatura powietrza przy powierzchni Ziemi. Mierzy się ją regularnie w około 5 tys. stacji meteorologicznych oraz na statkach pływających po morzach i oceanach. Na podstawie tych pomiarów szacuje się, że obecnie temperatura jest wyższa o około 0,5-0,7 O C od tej którą obserwowano 150 lat wcześniej (rysunek 2.5.). Dekada roku była najcieplejszą nie tylko w ostatnich stu pięćdziesięciu latach, ale prawdopodobnie w całym ostatnim tysiącleciu. Rysunek 2.5. Zmiany temperatury na Ziemi

2 0,8 0,6 Zmiany średniej globalnej temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi w ciągu ostatnich 140 lat, wyrażone jako odchylenie od średniej wyliczonej dla okresu Pokazane zakresy niepewności wyznaczonych średnich rocznych temperatury odpowiadają poziomowi ufności 95%. Zmiany średniej globalnej o temperatury powietrza [ C] 0,4 0,2 0,0-0,2-0,4-0,6-0, Źródło: [Houghton i in., 2001]. W XX wieku zaobserwowano również stopniowe ogrzewanie się wód oceanu światowego. Pokrywa śnieżna na wysokich i średnich szerokościach geograficznych półkuli północnej zmniejszyła się o około 10% od połowy lat sześćdziesiątych ubiegłego stulecia. Postępuje proces cofania się lodowców górskich na całej kuli ziemskiej. Ma on szczególnie gwałtowny charakter dla wysokogórskich lodowców w obszarach tropikalnych. Zaobserwowano zmniejszenie się zasięgu lodu morskiego w lecie na półkuli północnej o 10-15% od połowy ubiegłego wieku. Zmniejszyła się również o około 40% średnia grubość lodu morskiego w Arktyce w ostatnich kilku dziesięcioleciach. [Różański, 2002] Proces efektu cieplarnianego jest stosunkowo prosty. Do atmosfery bezustannie dopływa energia słoneczna. Część jej odbijają chmury, część pochłaniają różne związki znajdujące się w atmosferze, taki jak: para wodna, dwutlenek węgla (CO 2 ), metan (CH 4 ), freony, halony, podtlenek azotu (N 2 O) oraz ozon (O 3 ), a resztę pochłania Ziemia. Ogrzana Ziemia oddaje ciepło w postaci promieniowania podczerwonego. Promieniowanie to ponownie jest pochłaniane przez te same związki uniemożliwiając ucieczkę ciepła w przestrzeń kosmiczną. [Dobrzański i in., 1997] Dzięki badaniom prowadzonym w lodach Antarktydy i Grenlandii zmierzono stężenie CO 2 w powietrzu z ostatnich setek, a nawet tysięcy lat. Pęcherzyki tego powietrza są uwięzione w lodzie i łatwo dają się mierzyć metodami laboratoryjnymi. Od początku XVII stulecia zaobserwowano nieustanny wzrost stężenia CO 2 od poziomu około 278 ppm do 370 ppm. Do dziś przybyło w atmosferze około 150 miliardów ton węgla. Rok

3 Za wzrost koncentracji CO 2 w powietrzu odpowiedzialna jest przede wszystkim antropogeniczna emisja tego gazu. Główne przyczyny jej zwiększenia to wzrost industrializacji (uprzemysłowienie) oraz zmiany użytkowania terenu (deforestacja). Rysunek 2.6. Emisja CO 2 według regionów Emisja wynikające ze wzrostu industrializacji Gg Emisja wynikająca ze zmiany użytkowania terenu Źródło: [UNEP/GRID, 2006]. Dwie największe przyczyny emisji CO 2 związane z industrializacją to spalanie paliw kopalnych oraz produkcja cementu. W wyniku procesu spalana, do atmosfery przedostaje dwutlenek węgla, zakumulowany pod powierzchnią ziemi w postaci węgla, ropy lub gazu. Znaczne ilości CO 2 emitowane są także podczas produkcji wapna, głównego składnika cementu Gg

4 Szacuje się, że z procesów przemysłowych pochodzi ¾ dwutlenku węgla wyemitowanego na skutek działań człowieka. W 1999 roku do atmosfery uwolnione zostało niemal 29 mld ton CO 2, przy czym z tego 44% przypadło na energetykę, 21% na transport, a 19% na przemysł [OECD, 2002]. Za największych emitentów CO 2 uważa się Stany Zjednoczone, Japonię, Niemcy, Kanadę (rysunek 2.7.) Rysunek 2.7. Emisja CO 2 w wybranych krajach w 2002 roku Szwajcaria Szwecja Norwegia Francja Islandia Austria Włochy Dania UKD Irlandia Portugalia Hiszpania Japonia Nowa Zelandia Holandia Niemcy Belgia Meksyk Turcja Luxemburg Węgry Grecja Finlandia Korea Kanada USA Sowacja Australia Polska Czechy Emisja na jednostkę PKB Emisja na osobę Całkowita emisja 0,0 0,5 Źródło: [OECD Environmental, 2005]. Niezwykle ważna przyczyna wzrostu emisji CO 2 to deforestacja (wylesianie), która odpowiedzialna jest za 90% emisji wynikającej ze zmiany użytkowania terenu. Na Ziemi istnieją dwa wiecznie zielone typy lasów las równikowy (dżungla) oraz las borealny (tajga). Dżungla zajmująca 3,3% powierzchni Ziemi, zawiera 41,6% zasobów planetarne biomasy i produkuje 21,6% nowej biomasy rocznie. Tajga, zajmująca 2,4% powierzchni globu, skupia 13% biomasy i wytwarza 5,6% nowej materii organicznej. Szacuje się, iż na skutek działalności człowiek od 1850 roku ich powierzchnia zmniejszyła się o 20%. Naturalne procesy fotosyntezy zachodzące w lasach stanowią jedyną, oprócz rozpuszczania w oceanach, skuteczną metodę obniżania poziomu dwutlenku węgla w atmosferze w skali globalnej. Fotosynteza jest złożonym procesem fizykochemicznym, w którym pod wpływem energii świetlnej i przy udziale wody dwutlenek węgla wycofywany jest z atmosfery i włączany w związki organiczne. OECD Turcja Meksyk Węgry Szwecja Szwajcaria Portugalia Francj Słowacja Hiszpania Włochy Polska Islandia Norwegia Grecja Austria Nowa Zelandia UKD Japonia Dania Korea Niemcy Irlandia Holandia Belgia Czechy Finlandia Kanada Australia USA Luxemburg 0 5 OECD Islandia Luxemburg Nowa Zelandia Norwegia Słowacja Irlandia Szwajcaria Dania Szwecja Węgry Portugalia Finlandia Austria Grecja Belgia Czechy Holandia Turcja Polska Hiszpania Australia Francja Meksyk Włochy Korea Kanada UKD Niemcy Japonia USA OECD [Mg/1000 USD] [Mg/1osoba] [mln Mg] 4000

5 Szacuje się, że udział CO 2 w globalnym ociepleniu planety wynosi około 60%. Za resztę efektu odpowiedzialny jest metan (NH 4 ), podtlenek azotu (N 2 O) oraz freony. Siła oddziaływania cieplarnianego tych gazów jest znacznie większa niż dwutlenku węgla, lecz ich emisja antropogeniczna oraz koncentracja w atmosferze dużo mniejsza. (tabela 2.3.). Tabela 2.3. Główne gazy cieplarniane Związek Koncentracja preindustrialna [ppm] Koncentratcja w 1998 roku Czas życia w atmosferze Główne źródła antropogeniczne Siła oddziaływania cieplarnianego Para wodna kilka dni Dwutlenek węgla paliwa kopalne, (CO 2 ) produkcja cementu, zmienny zmiana użytkowania 1 terenu Metan (CH 4 ) paliwa kopalne, uprawy 0,7 1,75 12 ryżu, hodowla zwierzęca 23 Tlenki azotu (NO X ) nawozy sztuczne, 0,27 0, procesy spalania 296 HFC-23 (CHF 3 ) 0 0, elektronika, chłodnictwo HFC-134a (HF3CH 2 F) 0 0, ,8 chłodnictwo 1300 HFC-152a (HC 3 CHF 2 ) 0 0, ,4 procesy przemysłowe 120 Szściofluorek siarki (SF 6 ) 0 0, energetyka Źródło: [UNEP/GRID, 2006]. Globalne stężenie CH 4 w atmosferze w 2002 roku wynosiło 1,76 ppm, i było ponad dwukrotnie większe niż przed dwustu laty, na początku ery przemysłowej. W okresie od lat p.n.e. do XVI wieku naszej ery stężenie metanu było stałe. Poczynając od połowy XIX wieku zaczęło regularnie rosnąć, a obecnie tempo przyrostu wynosi około 1% rocznie. Metan powstaje w wyniku procesów beztlenowego rozkładu materii organicznej. W naturze warunki takie występują najczęściej na bagnach i obszarach podmokłych, zalewowych obszarach w strefie podzwrotnikowej i w tundrze. Antropogeniczna emisja metanu pochodzi przede wszystkim z: wykorzystywania ziemi pod uprawy ryżu; procesów trawiennych zwierząt hodowlanych, zwłaszcza przeżuwaczy; kopalń węgla kamiennego; procesów wydobywania i wykorzystywania gazu ziemnego; wysypisk i składowisk zawierających odpady organiczne. Potencjalnym dużym źródłem metanu mogą także się stać regiony podbiegunowe (np. tundra), jeżeli globalne ocieplenie spowoduje wyzwolenie gazu uwięzionego w wiecznej zmarzlinie i lodzie.

6 Podtlenek azotu (N 2 O) powstaje jako produkt uboczny spalania paliw kopalnych (zwłaszcza węgla) oraz używania nawozów azotowych. Globalna produkcja nawozów azotowych wywołuje 0,2-0,4% roczny wzrost poziomu N 2 O w atmosferze. Produkcja antropogenna jest już równa połowie produkcji naturalnej, której źródłami są gleby, oceany, rzeki i jeziora, pożary roślinności, wulkany i wyładowania atmosferyczne. Podtlenek azotu utrzymuje się w atmosferze około 150 lat, zanim rozłoży się w procesie fotodysocjacji na tlenek i dwutlenek azotu. [Czaja, 1998] Obserwowane oddziaływania antropogeniczne budzą coraz większy niepokój wśród naukowców, polityków oraz różnych organizacji międzynarodowych. Podejmowane są zatem liczne próby określenia potencjalnych zmian klimatycznych wywołanych efektem cieplarnianym. W ogłoszonym w sierpniu 2001 roku III Raporcie Międzyrządowego Panelu Zmian Klimatu opublikowano prognozy zmian klimatu do 2100 roku. Obliczenia objęły 35 najbardziej prawdopodobnych scenariuszy rozwoju społeczno-gospodarczego świata w bieżącym stuleciu. Najważniejsze wnioski wynikające z Raportu to: [Różański, 2002] wzrost średniej globalnej temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi w 2100 roku od 1,4 O C do 5,8 O C, w stosunku do średniej za lata ; podniesienie się poziomu oceanu światowego o 0,2-0,7 m, wynikające głównie z rozszerzalności termicznej oceanu i częściowego topnienia lodowców kontynentalnych oraz czasz lodowych Grenlandii i Antarktydy; utrzymywanie się wzrostu globalnej temperatury i poziomu oceanu w XXII wieku, ze względu na bezwładność termiczna oceanu i stosunkowo długi średni czas przebywania dwutlenku węgla w atmosferze, nawet przy przyjęciu optymistycznego scenariusza rozwoju społeczno-gospodarczego świata. Konsekwencją zmian klimatycznych jest wzrost parowania z powierzchni lądów i oceanów, a także ilości opadów. Oznacza to, przyspieszenie procesu obiegu wody w przyrodzie. Szacuje się, że podwojenie zawartości gazów cieplarnianych spowoduje wzrost sumarycznej ilości opadów około 10%. Niestety, rozkład opadów nie będzie równomierny. Wnętrza kontynentów będą dotknięte niedoborem opadów. Można się spodziewać, że na znacznej części obecnych obszarów suchych i półsuchych deficyt wody pogłębi się, powodując intensyfikację pustynnienia i erozji. W szerokościach umiarkowanych ocieplenie klimatu spowoduje zanik pokrywy śnieżnej, zmniejszenie retencji i podniesienie poziomu wód gruntowych. Zwiększenie rozmiaru i częstości okresów burzowych oraz wzrost parowania sprzyjać będą powodziom i długim okresom niskich stanów wody w rzekach oraz

7 nasileniu erozji wodnej gleb. [Sadowski, 2002] Proces ten już się uwidocznił w latach Długotrwałe upały sprzyjają powstawaniu smogu oraz rozprzestrzenianiu się alergenów powodujących schorzenia układu oddechowego. Nie wszystkie konsekwencje globalnego ocieplenia muszą być złe. Zmiany klimatyczne mogą się okazać pozytywne dla produkcji żywności. Granice wiecznej zmarzliny w Rosji i Kanadzie przesuną się na północ, co pozwoli wydatnie zwiększyć areał upraw. Można się także spodziewać zwiększonej asymilacji i przyspieszonej produkcji biomasy. Jest to tak zwany efekt użyźniania, który może polegać na oszczędniejszej gospodarce wodnej (ta sama ilość CO 2 może zostać zasymilowana przy mniejszym parowaniu z rośliny). Zjawisku temu podlegać jednak będą rośliny o określonym typie fotosyntezy, takie jak: ryż, fasola, ziemniaki, inne natomiast (np. kukurydza, proso) mogą zmniejszyć swoje plonowanie. Silne wiatry mogą rozpraszać skoncentrowane zanieczyszczenia. Ogólnie jednak niepożądane skutki środowiskowe, ekonomiczne i społeczne z pewnością przewyższą potencjalne korzyści.