Efekt cieplarniany
Efekt cieplarniany jest zjawiskiem spowodowanym zdolnością atmosfery do przepuszczania dużej części promieniowania słonecznego (głównie światła) i zatrzymywania promieniowania Ziemi (m.in. cieplnego). Dzięki temu na powierzchni Ziemi oraz w dolnych warstwach jej atmosfery jest cieplej niż byłoby, gdyby atmosfera nie istniała.
Temperatura powierzchni Ziemi pozbawionej atmosfery utrzymywałaby się w okolicy -17°C, podczas, gdy obecnie średnia temperatura na Ziemi wynosi +15°C.
Efekt cieplarniany jest zjawiskiem naturalnym i z naszego punktu widzenia - bardzo korzystnym, gdyż bez niego na Ziemi nie mogłoby powstać i rozwinąć się życie.
Jak powstaje efekt cieplarniany. Światło słoneczne oświetla przez szyby glebę, znajdującą się wewnątrz pomieszczenia. Promienie słońca padające na glebę nagrzewają ją. Gleba pochłania większość energii cieplnej, część zostaje od niej odbita przy jednoczesnym ogrzewaniu gleby. Wypromieniowane ciepło napotykając na swojej drodze szklany dach szklarni, po części przechodzi do atmosfery, a część odbija z powrotem w kierunku ziemi. Odbijanie energii powoduje dalsze ogrzewanie gleby i powietrza wewnątrz szklarni, aż wystąpi równowaga energetyczna- to taki stan, w którym gleba przyjmuje tyle samo energii cieplnej, ile oddaje. W tym stanie temperatura utrzymuje się na stałym poziomie, a ponieważ szklarnia jest pomieszczeniem zamkniętym, nie ma więc możliwości wymiany powietrza i wewnątrz szklarni temperatura pozostaje wyższa niż na zewnątrz.
Globalne ocieplenie
jest to podniesienie się temperatury powietrza, a także wód globalnie na całej naszej planecie
globalne ocieplenie się Ziemi występowało w przeszłości a także nastąpi w przyszłości
w ciągu ostatnich 100 lat nastąpiło ocieplenie o niecały 1°C o tyle na najbliższe 100 lat przewiduje się ocieplenie dużo bardziej widoczne > 1°C - 6°C
na temperaturę naszej planety istotny wpływ ma otaczająca nas atmosfera. Przez nią dostaje się do nas energia słoneczna w postaci fali elektromagnetycznej. Następnie atmosfera, która zawiera gazy zatrzymuje tę energię. Właśnie przez takie zachowanie się atmosfery temperatura na naszej planecie z czasem rośnie.
przyczyny globalnego ocieplenia nie są jednoznaczne. Część naukowców uważa, że na pojawienie się globalnego ocieplenia miał decydujący wpływ człowiek i jego działalność. Z kolei druga część naukowców ocenia, że wpływ na globalne ocieplenie mają naturalne czynniki
Gazy cieplarniane są lotnymi substancjami chemicznymi występującymi w atmosferze, których budowa fizyko-chemiczna pozwala na zatrzymywanie i magazynowanie energii cieplnej oraz przekazywanie jej do powierzchni Ziemi w postaci promieniowania podczerwonego. Niektóre spośród nich są naturalnymi składnikami atmosfery, obecnymi w niej od milionów lat. Dzięki ich obecności w atmosferze, na Ziemi zaistniały warunki klimatyczne umożliwiające powstanie i rozwój życia. Ostatnio ich stężenie w powietrzu - dzięki ludzkiej działalności - stopniowo wzrasta. Pojawiły się dodatkowo gazy nieobecne w naturalnych warunkach, wykazujące podobne właściwości - absorpcji promieniowania emitowanego przez naszą planetę. Równocześnie obserwowany jest wzrost średniej temperatury powietrza w najniższych - przypowierzchniowych warstwach atmosfery.
Dwutlenek węgla - największy udział w powstawaniu efektu cieplarnianego ma dwutlenek węgla osiągający 50%. Jest go po prostu najwięcej w atmosferze. Przyjmujemy, że jego zdolność pochłaniania promieniowania podczerwonego wynosi 1, aby łatwiej było nam porównać do niego inne gazy cieplarniane
Metan - drugim gazem mającym największy po dwutlenku węgla bo 18% udział w powstawaniu efektu szklarniowego jest metan. Gaz ten jest wytwarzany głównie przez bakterie biorące udział w procesach rozkładu szczątków roślinnych i zwierzęcych. Ponadto wydziela się podczas beztlenowego rozkładu odchodów zwierząt oraz w procesach spalania substancji organicznej. Naturalne ekosystemy i tereny upraw łącznie emitują 75,2% metanu. Za nadmiar tego gazu w atmosferze odpowiada głównie przemysł wydobywczy i składowanie odpadów organicznych na wysypiskach. Nie pozostaje to bez znaczenia, gdyż metan jest 30 razy bardziej zdolny pochłaniać promieniowanie podczerwone niż CO2.
Tlenki azotu - najmniej do atmosfery emitowanych jest tlenków azotu, stąd mają one najmniejszy 6% wpływ na kształtowanie klimatu ziemskiego. Najbardziej aktywny tlenek azotu N2O ma 150-krotnie większą efektywność w absorbowaniu ciepła niż CO2. Jego wzrost ilościowy powodowany jest przez emisję gazów spalinowych w energetyce i transporcie oraz przez produkcję i stosowanie nawozów azotowych.
Freony w naturalny sposób nie występują w atmosferze. Zostały one w sztuczny sposób wyprodukowane przez człowieka. Choć ich ilość jest jak dotychczas znikoma, to jednak mają one ogromny wpływ na globalne ocieplenie. Są one od 10 do 20 tysięcy razy efektywniejsze w pochłanianiu ciepła od CO2. Uwzględniając przy tym bardzo małą aktywność chemiczną, czego skutkiem jest duża trwałość i to, że rozkładają się tylko w stratosferze, można stwierdzić, iż przy ich zbyt dużej koncentracji, zwiększającej się w tempie 4% na rok, stanowią poważne zagrożenie.
Ozon
Występując w niższych warstwach przyczynia się w 12% do powstawania efektu cieplarnianego. Ozon jest 2000 razy bardziej efektywny od CO2 w zatrzymywaniu ciepła w atmosferze. Jego zawartość systematyczne wzrasta o 2% rocznie. Powstaje on wtedy, gdy energia światła słonecznego pobudza reakcję chemiczną tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu, które zostały wydalone przez rury wydechowe oraz kominy.
Ozon występujący w stratosferze ziemskiej jest zjawiskiem pozytywnym:
Ok. 90% ozonu występuje w stratosferze, otaczając Ziemię warstwą o grubości ok. 40 km. na wysokości 15-50 km. Warstwa ta znana jako ozonosfera chroni Ziemię i całą biosferę przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego, pochłania szkodliwe promieniowanie słoneczne o długości fal od 150 do 295 nm, nim dosięgnie ono powierzchni Ziemi.
Ozon powstaje głównie nad równikiem, gdzie promieniowanie słoneczne jest wyjątkowo intensywne. Duża część ozonu przemieszcza się poziomo z masami powietrza w kierunku biegunów. Jego koncentracja w różnych rejonach ulega zmianie w ciągu roku.
Ozon w większym stężeniu jest szkodliwy lub trujący. Największa koncentracja ozonu przy powierzchni Ziemi występuje głównie podczas dni, w których natężenie ruchu samochodowego jest bardzo duże. Ozon może być przenoszony na bardzo duże odległości - czasami nawet na ponad 100 km.
W stratosferze, w wyniku oddziaływania promieniowania słonecznego w paśmie ultrafioletu, czyli fali o długości 280-320 nm cząsteczka tlenu O2 zostaje rozbita na dwa atomy tlenu O. Ten atomowy O jest bardzo aktywny chemicznie i reaguje z tlenem cząsteczkowy O2 tworząc ozon O3.
Dziura ozonowa
Jest to zjawisko zmniejszonego stężenia ozonu w stratosferze, na wysokości od 15 km do 50 km, gdzie występuje warstwa o podwyższonej koncentracji ozonu zwana ozonosferą. Dziura została wywołana zanieczyszczeniem atmosfery przez człowieka związkami reagującymi z ozonem, którymi są freony, tlenki azotu, chlorek metylu i bromek metylu.
Znaczny spadek koncentracji ozonu (do 90%) w ozonosferze nazywany jest dziurą ozonową. Obserwowany jest od końca lat 80, głównie w okolicach bieguna południowego, nad Antarktydą. Pojawia się tam rokrocznie w okresie wiosennym (od września do listopada). Tempo spadku wynosi ok. 3% na rok. Dziura ozonowa nad Antarktydą powiększyła się już o 15% od chwili jej odkrycia. Dalej rozprzestrzenia się nad południową Argentyną i Chile. Zmniejszenie ilości ozonu sięga nawet 70%. Na wysokościach 14-17 km występują prawie całkowite braki ozonu. Dlaczego tak się dzieje?? W atmosferze wieją wiatry, które roznoszą zanieczyszczone gazami, w tym freonami, powietrze po całej kuli ziemskiej, także nad obszary Antarktydy, mimo iż znajduje się ona najdalej od terenów będących źródłem emisji (USA, Europa). Kiedy na biegunie południowym zapada noc polarna formuje się nad nim bardzo stabilny i regularny wir, który trwa pół roku. Wówczas obszary te są całkowicie pozbawione dopływu zawierającego wysokie stężenie ozonu powietrza okołorównikowego. Stąd nad Antarktydą reakcje niszczenia ozonu zachodzą intensywniej niż jego tworzenia. Na biegunie północnym w okresie trwania nocy polarnej również obserwuje się zjawisko dziury ozonowej, nie jest ono jednak tak duże jak na biegunie południowym. Dzieje się tak, ponieważ na półkuli północnej masy powietrza równikowego łatwiej docierają na obszary biegunowe, co jest spowodowane ich mniejszą izolacją niż kontynentu Antarktycznego.
Skutki tworzenia się dziury ozonowej:
- zmniejszenie się ilości ozonu w atmosferze może mieć poważne konsekwencje dla życia na Ziemi. Jest on odpowiedzialny za pochłanianie promieniowania ultrafioletowego docierającego do naszego globu ze Słońca.
Skutki braku ozonu w atmosferze
nadmiar promieni UV (zwłaszcza UVB) powoduje osłabienie odporności na zarażenia chorobami wirusowymi
promieniowanie ultrafioletowe przyspiesza proces starzenia się skóry
również w niebiezpieczeństwie są oczy. Wiele osób zna już skutki długiego przebywania na słońcu, zaczerwienienie, podrażnienie spojówek, jest on jedną z przyczyn powstawania zaćmy
przy wyższych stężeniach ozon powoduje zmiany czynności płuc zwiększoną częstotliwość ataków astmy
wzrost zachorowalności na raka skóry
ponad dwie trzecie gatunków roślin, u których sprawdzono reakcje na ultrafiolet, okazało się wrażliwych na promieniowanie.
Konsekwencje ocieplenia klimatu na Ziemi
Skutki stopniowego ocieplania klimatu na Ziemi zauważamy już od wielu lat. W wielu miejscach na Ziemi obserwuje się wzrost średniej temperatury powietrza.
Ogrzane wody w morzach i oceanach powodują topnienie lodowców na biegunach Ziemi oraz zwiększają swoją objętość, co prowadzi do podniesienia się ich poziomu.
Najwyższa góra Afryki - Kilimandżaro -od roku 1912, kiedy zaczęto prowadzić pomiary straciła ponad 80% pokrywy śnieżnej i lodowej, zaś reszta jej lodowców stopnieje najprawdopodobniej do roku 2020.
Konieczna będzie budowa wielu urządzeń ochronnych. Obliczono, że ilość wody powstałej po stopieniu lodów Grenlandii i Antarktydy wystarczy w zupełności, aby zalane zostały: Londyn, Hamburg, Kopenhaga i Sztokholm, Wenecja, większość Belgii, prawie cała Holandia i Dania, ogromne obszary Bangladeszu, a w przypadku Polski zniknąłby Szczecin, Koszalin, Słupsk, większość Gdyni i Gdańska, Malbork, Elbląg, a nawet Grudziądz. To "tylko" niektóre z wielu miejsc, które wspólnie tworzą nasz Świat, lecz mogą w wyniku efektu cieplarnianego, będącego skutkiem naszej działalności, zniknąć pod wodą.
jednak teoretycznie możliwe jest również zwiększenie się masy lodowców. W wyniku ocieplenia klimatu zwiększy się parowanie wód w morzach i oceanach, co doprowadzi do zwiększenia ilości opadów na Ziemi. W okolicach biegunów naszej planety opady śniegu mogą przyczynić się do szybkiego nagromadzenia lodowców.
znacznie bardziej prawdopodobne jest przesunięcie się stref klimatycznych na Ziemi ku biegunom.
nadmierne ogrzewanie mas powietrza może doprowadzić do zmian cyrkulacji lokalnych i wielkoskalowych prądów powietrznych nad powierzchnią kuli ziemskiej. Efekt cieplarniany może również doprowadzić do zmian systemu prądów morskich. Nietrudno domyśleć się, jakie będą skutki przemieszczenia się stref klimatycznych.
nowe warunki klimatyczne wywołają liczne klęski żywiołowe. Zmienione układy ciśnień atmosferycznych spowodują powstanie huraganów, cyklonów i tornad. Zwiększone parowanie wód w morzach i oceanach doprowadzi do występowania nawalnych opadów, a skutkiem tego będą liczne powodzie, a w górach lawiny
jednocześnie na obszarach położonych w znacznych odległościach od wielkich zbiorników wodnych w wyniku szybkiego wysychania gleb utrzymywać się będą susze. Długotrwałym suszom bardzo często towarzyszą pożary lasów, spalana biomasa emituje do atmosfery olbrzymie ilości smogu zawierającego CO2,CO, tlenki azotu i inne gazy dodatkowo zwiększające natężenie efektu cieplarnianego.
wiele chorób związanych z gorącym klimatem (np. malaria) dotknie ludzi i zwierzęta, które są całkowicie na nie nieodporne
uwielbiające ciepło owady i pasożyty mnożą się na potęgę, w wraz z nimi szerzą się choroby zakaźne: denga, ospa ptasia lub cholera
skutki zmiany klimatu wskutek efektu cieplarnianego można także będzie zauważyć w gospodarce człowieka, a ściślej mówiąc - w rolnictwie. Skład chemiczny gleb, charakterystyczny dla danej strefy klimatycznej, nie zmieni się tak gwałtownie, jak temperatura i wilgotność powietrza. Nie będzie więc możliwa uprawa roślin na terenach o większych, niż dotychczas szerokościach geograficznych, mimo sprzyjających tam warunków klimatycznych, gdyż gleby nie będą urodzajne. Rolnictwo nie będzie w stanie wyżywić zwiększającej się wciąż liczby ludności.
wiele osób zginie w wyniku coraz liczniejszych klęsk żywiołowych. Jeszcze więcej ludzi umrze z głodu i na skutek nowych chorób
wzrost globalny temperatur o 0.6 °C przez ostatnie sto lat wywołała zamęt w królestwie zwierząt. W różnych strefach klimatycznych ocieplający się klimat wypędza zwierzęta z ich odwiecznych domów wprowadza zamieszanie w zwyczajach godowych i lęgowych oraz wzmaga walkę o przetrwanie. Gdy przestrzeń życiowa się kurczy, boje o pożywienie stają się coraz bardziej zaciekłe.
Każdy człowiek może wpływać na zmniejszanie się natężenia efektu cieplarnianego poprzez np. segregację śmieci i używanie surowców wtórnych, oszczędzać energię- używając energooszczędnych urządzeń, poszukiwać alternatywnych źródeł energii, korzystanie ze środków transportu publicznego, całkowite zaprzestanie wycinania lasów równikowych oraz ograniczyć wycinanie i wypalanie pozostałych lasów. Należy również sadzić nowe drzewa w miejsce wyciętych.