Efekt cieplarniany

Jest to naturalny proces zachodzący w przyrodzie, który wpływa na temperaturę powierzchni ziemi i atmosfery. Wynika on z tego, że w skład chemiczny atmosfery wchodzą gazy takie jak dwutlenek węgla, para wodna i metan, które są zdolne do absorpcji promieniowania cieplnego emitowanego z powierzchni Ziemi.

Bez efektu cieplarnianego życie na naszej planecie było by praktycznie niemożliwe, ponieważ średnia temperatura Ziemi wynosiła by -18^oC a nie jak obecnie 15^oC.

Energia słoneczna

26% energii słonecznej docierającej do Ziemi jest odbijane lub rozpraszane z powrotem w przestrzeń kosmiczną przez chmury i inne cząsteczki atmosferyczne. Ok. 19% tej energii jest absorbowane przez chmury, gazy (w tym ozon) i cząsteczki atmosfery.
Pozostałe 55% energii słonecznej dociera do Ziemi. Ta energia jest wykorzystywana w licznych procesach zachodzących przy powierzchni, w tym: ciepło powierzchniowe, topnienie lodu i śniegu, parowanie wody i fotosynteza roślin.

Promienie słoneczne ogrzewające powierzchnię Ziemi sprawiają że emituje ona promieniowanie długofalowe (znane jako promieniowanie podczerwone). Energia zamiast uchodzić w przestrzeń kosmiczną w dużym stopniu jest absorbowana przez gazy cieplarniane.

Absorpcja promieniowania długofalowego przez atmosferę powoduje dodanie dodatkowej energii do Ziemskiego systemu atmosferycznego. Cieplejsze cząsteczki gazów cieplarnianych emitują promieniowanie podczerwone we wszystkich kierunkach. Ponad 90% długofalowego promieniowania dociera z powrotem do powierzchni Ziemi, gdzie zostaje ponownie zaabsorbowane. Nagrzana powierzchnia ponownie emituje ciepło i cykl się powtarza, dopóki starcza promieniowania do absorpcji.

Schamat powstawania efektu cieplarnianego

Ilość energii cieplnej dodawanej do atmosfery przez efekt cieplarniany jest kontrolowana przez zagęszczenie gazów cieplarnianych (szklarniowych) w Ziemskiej atmosferze.

Węgiel

Koncentracji węgla w żywej materii (18%) jest prawie 100 razy więcej od koncentracji w skorupie ziemskiej (0,19%).
Tym samym, organizmy żywe pozyskują węgiel ze środowiska materii nieożywionej. Dla podtrzymania życia węgiel musi być przetwarzany.

Węgiel występuje w środowisku materii nieożywionej jako:

• gazowy dwutlenek węgla (CO₂) w atmosferze i forma uwodniona (HCO3-)
• skały węglanowe – wapienie i koralowce (CaCO₃)
• pokłady węgla, ropa i gaz naturalny pochodzący z rozkładu organizmów żywych

Węgiel przedostaje się do świata biologicznego przez proces zwany autotrofizmem, który polega na syntezie związków organicznym z prostych związków mineralnych. Wyróżnia się przy tym dwa rodzaje autotrofizmu:

• fotoautotrofizm, w którym rośliny i algi wykorzystują energię słoneczną do zamiany dwutlenku węgla w materię organiczną przez fotosyntezę
• chemoautotrofizm – bakterie działające w tym samym celu jak rośliny, ale pozyskujące energię z reakcji utleniania związków nieorganicznych

Węgiel powraca do biosfery przez:

• proces oddychania (wydalanie CO₂)
• spalanie materii
• rozkład (wytwarzanie CO₂ w obecności tlenu, lub CH₄ w atmosferze beztlenowej)

Schemat cyklu węglowego

Wzrost stężenia CO₂ najprawdopodobniej spowodował początek rewolucji przemysłowej. Warto przy tym zauważyć iż próbki powietrza uwięzionego przez wieki w lodowcach Grenlandii nie wykazują zmian koncentracji CO₂ w latach przed rokiem 1700. Wykres pokazuje koncentrację CO₂ w atmosferze zmierzoną w okresie od 1958 r. do 2006 r. w obserwatorium Mauna Loa na Hawajach. Wartościami na wykresie jest stężenie CO₂ w cząstkach na milion (ppm). Wahania na wykresie spowodowane są sezonowym spadkiem stężenia na skutek fotosyntezy roślin w okresie letnim.

Stężenie CO2 w atmosferze na przestrzeni lat 1958-2006

Od rozpoczęcia pomiarów atmosferycznego CO₂ w XIX wieku, jego koncentracja wzrosła o 20%. Wzrost ten jest z pewnością pochodzenia antropogenicznego, czyli spowodowanego przez działalność człowieka taką jak:

• spalanie paliw kopalnych (węgiel, ropa, gaz ziemny), które emituje do atmosfery węgiel uwięziony w nich od milionów lat
• wycinanie i wypalanie lanie lasów, szczególnie w strefach tropikalnych. W ostatnich dziesięcioleciach ogromne obszary lasów deszczowych Amazonii zostały przemienione na pola uprawne i pastwiska dla bydła

Wynikiem tego jest stopniowe ocieplanie się klimatu, którego modele komputerowe są analizowane przez naukowców. Symulacje komputerowe sugerują, że podwojenie koncentracji głównych gazów cieplarnianych tj. dwutlenku węgla i metanu może podnieść globalną temperaturę o 3-5 st. do końca XXI wieku.

Już teraz średnia temperatura Ziemi wzrasta o ok. 0.3 stopnia na dziesięć lat.

• W przyszłości wzrost temperatury spowoduje upustynnienie terenów dziś pokrytych bujną zielenią jak np: środkowa Afryka, dolina Amazonii.
• W krajach Śródziemnomorskich i Azjatyckich będzie dochodzić do długotrwałych susz powodujących niedostatek wody pitnej.
• Europę i środkowe Stany Zjednoczone będą nawiedzać gwałtowne opady atmosferyczne i huragany.

Innym realnym zagrożeniem są topniejące lody Antarktydy.
Do 2100 roku w wyniki topniejących lodów poziom wód oceanicznych podniesie się nawet o 50 cm!

Możliwe jest jednak, że proces ten będzie przebiegał odwrotnie.
Parujące wody oceanów przyczynią się do wzrostu opadów nad Antarktydą, co w efekcie zwiększy nagromadzenie lodów na obszarach podbiegunowych.
Zwiększenie CO2 może przyczynić się do wzrostu populacji fitoplanktonu, który funkcjonuje podobnie, jak inne rośliny oraz do rozmrożenia wiecznej zmarzliny w tundrze.
Efektem tego byłoby uwolnienie składów metanu i innych gazów odpowiedzialnych również za efekty szklarniowe.

Gazy cieplarniane

Gazami cieplarnianymi są:

• dwutlenek węgla CO₂
• metan CH₄
• tlenek azotu N₂O
• fluorowęglan chloru czyli freon
• ozon troposferyczny O₃

Pośród tych gazów największe znaczenie ma dwutlenek węgla który ma 55% wpływ na intensywność efektu cieplarnianego. Średnia koncentracja dwutlenku węgla w roku 2005 wynosiła 380 ppm ( particles per milion » cząstek na milion ).

Od roku 1700 poziom CO₂ wzrósł z początkowych 280 ppm i stale wzrasta. Przewiduje się, że do końca stulecia koncentracja tego gazu wzrośnie do ponad 550ppm a nawet 600ppm! Obecnie 65% dwutlenku węgla w naszej atmosferze pochodzi ze spalania paliw kopalnych (ropy i gazu). Pozostałe 35% pochodzi na skutek wyrębu lasów i przekształcania ich w prerie i tereny rolnicze.

Zapobieganie efektowi cieplarnianemu

Najlepszym sposobem zapobiegania efektowi cieplarnianemu jest zapobieganie jego powstawaniu, czyli nadmiernej emisji dwutlenku węgla do atmosfery!

Należy więc:

• Chronić “zieleń”, bo to właśnie rośliny wchłaniają dwutlenek węgla i dają nam tlen.
• Żyć zdrowo – jeździć rowerem zamiast samochodem ograniczając w ten sposób emisję dwutlenku węgla.
• Inwestować w alternatywne źródła energii (czyli odnawialne).
• Przeciwdziałać wylesianiu drzew. Wycinki lasów zmniejszają powierzchnię aktywną naturalnych płuc Ziemi, które pochłaniając dwutlenek węgla dają nam tlen.
• Segregować śmieci! Wstępne segregowanie śmieci pozwala zmniejszyć zapotrzebowanie na energię dużych zakładów utylizujących śmieci lub dokonujących ich recyklingu. Mniejsze zapotrzebowanie na energię skutkuje mniejszą emisją dwutlenku węgla przez elektrownie węglowe.
• Przestrzegać ograniczeń prędkości na drogach. Wbrew pozorom jest to ważny problem wielu krajów. Gdyby tylko ograniczyć prędkość na niemieckich autostradach do atmosfery dostałoby się o 26 milionów ton CO2 mniej każdego roku!

Wpisy, które mogą Cię zainteresować:

1. Nasz ślad węglowy
2. Jak żyć zielono?
3. 10 skutków globalnego ocieplenia
4. Lasy na pustyniach w walce z globalnym ociepleniem

Tagi: dwutlenek węgla, efekt szklarniowy, gazy cieplarniane, ocieplenie klimatu, topnienie lodowców, węgiel, zmiana klimatu