Ocieplenie klimatu, charakterystyka gazów cieplarnianych

Definicja efektu cieplarnianego

Efekt cieplarniany, potocznie nazywany efektem szklarniowym, jest zjawiskiem naturalnym, wynikającym z oddziaływania niektórych śladowych składników atmosfery na bilans energetyczny Ziemi.

Promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi stanowi w widzialną część promieniowania elektromagnetycznego, obejmującego zakres długości od 400 do 700mm.

Promieniowanie to ulega częściowej absorpcji przez powierzchnię Ziemi, powodując jej ogrzanie do temperatury 20-30 stopni. Natomiast znacznie większa jego cześć, która ulega odbiciu od powierzchni, stanowi promieniowanie podczerwone (cieplne). Promieniowanie to ulega pochłonięciu w atmosferze przez niektóre śladowe składniki, zwane gazami cieplarnianymi.

Ocieplenie Klimatuefekt cieplarniany

W wyniku absorpcji promieniowania podczerwonego gazy te nagrzewają się i same wypromieniowują ciepło w kierunku Ziemi, przyczyniając się do wzrostu temperatury dolnych warstw powietrza i powierzchni globu.

W ciągu XX wieku klimat na świecie stał się cieplejszy o ok. 0,76oC. Największy wzrost temperatury nastąpił w środkowej Azji oraz na północy Ameryki. Praktycznie nie nastąpiły zmiany na Atlantyku, na południe od Grenlandii, w Basenie Konga oraz na niewielkich obszarach południowo-wschodnich Stanów Zjednoczonych.

Gazy cieplarniane

Za najefektywniejsze gazy cieplarniane należy uznać: dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu, ozon atmosferyczny, parę wodną, chlorowodorowęglowodory (freony).

W 2000 roku łączna emisja gazów cieplarnianych ze źródeł autogenicznych 33,3 mld to CO2.

W latach 1880-1980 udział poszczególnych gazów w globalnym ociepleniu był następujący:

  • CO2 66%;
  • CH4 15%;
  • N2O 3%;
  • freony 8%;
  • inne (ozon troposferyczny) 8%.

W latach 80–tych XXw. proporcje te uległy zmianie w wyniku zróżnicowanego tempa emisji poszczególnych gazów i wyniosły: CO2 48%, CH413%, N2O 6%, freony 20%, inne 13%.

Obecnie emisja wygląda następująco: CO2 53%, CH4 15,5%, N2O 5%, inne (ozon troposferyczny) 11%, pozostałe gazy 15,5%.

Zróżnicowanie wpływu poszczególnych gazów cieplarnianych na wzrost temperatury wynika z różnic koncentracji i dynamiki jej zmian oraz zdolności pochłaniania promieniowania długofalowego. Jeśli przyjąć, że zdolność pochłaniania przez 1 kg dwutlenku węgla =1, to dla metanu wynosi ona 23, dla podtlenku azotu 286, a dla chlorowodoroweglowodorów od kilku do kilkunastu tysięcy.

Łączna koncentracja gazów cieplarnianych wynosi obecnie ok. 430 mg x kg x-1 ekwiwalentu dwutlenku węgla.

Charakterystyka poszczególnych gazów cieplarnianych

Dwutlenek węgla

W okresie od 1795r. do 2005r. koncentracja CO2 w atmosferze wzrosła z 280 do 372 mg x kg x-1. Obecnie poziom dalece przekracza zakres naturalnej zmienności z ostatnich 650 tys. lat (180-300 mg x kg x-1 ).

Wzrost stężenia CO2 w atmosferze odzwierciedla duży wzrost emisji w ostatnich dziesięcioleciach. Emisja pochodzi głównie ze spalania paliw kopalnych oraz produkcji cementu. Wg danych z lat 90 XXw. pozostała emisja CO2 do atmosfery dostaje się wskutek zmian sposobu użytkowania ziemi, a głównie wypalania lasów.

Emitowany CO2 jest pochłaniany w 55% przez wody oceanów w procesach fizykochemicznych oraz przez rośliny w procesach fotosyntezy. Zatem w atmosferze pozostaje ok. 45% wyemitowanej ilości CO2 .

Metan

Głównymi źródłami metanu są bagna, ryżowiska, przeżuwacze, energetyczne wykorzystywanie biomasy gazu ziemnego oraz kopalnie węgla. Roczna emisja ustabilizowała się na początku lat 90 i wynosiła w 2000r. 5,9 mld ekwiwalentu CO2. Przewiduje się, że do końca 2050r. koncentracja metanu powinna być zbliżona do obecnej.

Podtlenek azotu

Jest produktem denitryfikacji bakterii żyjących w glebach i wodach powierzchniowych. Wzrost jego emisji przede wszystkim jest spowodowany stosowaniem nawozów azotowych oraz przekształcaniem terenów leśnych w uprawne. Gaz ten może także powstawać przy spalaniu paliw kopalnych. Jego emisja w 2000r. wynosiła 3,4 mld ton ekwiwalentu CO2 . Do połowy wieku jego koncentracja wrośnie prawdopodobnie o 20%.

Inne gazy cieplarniane

Wiele gazów cieplarnianych emitowanych przez człowieka nie występuje naturalnie, a należą do nich: freony (fluorochlorowe pochodne metanu) i halony. Za szczególnie groźne uważa się freony, pochodzą głównie z urządzeń, które są stosowane jako media robocze (aerozole, klimatyzacje, lodówki, pralnie przemysłowe).

Podjęte działania prewencyjne spowodowały zahamowanie, a nawet spadek emisji niektórych z nich. Rośnie natomiast koncentracja i wpływ na środowisko substancji takich, jak: hydrofluorowęglowodory, związki perfluorowcowe (sześciofluorek siarki, sześciofluoroetan).

Nietrwałym gazem cieplarnianym jest ozon troposferyczny, który jest zanieczyszczeniem wtórnym. Powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych zachodzących w powietrzu zanieczyszczonym tlenkami azotu, węglowodoru i tlenkami węgla (smog fotochemiczny pochodzący głównie z transportu drogowego).

Program zmian termicznych na świecie

W zależności od narażenia (wielkość energii i wrażliwość klimatu) prognozy przewidują do 2110r. wzrost temp o 1,8-4oC w stosunku do ostatniego dwudziestolecia XX wieku. Gdyby natomiast zatrzymać wzrost koncentracji gazów cieplarnianych, to i tak temperatura wzrosłaby o 2-6oC do 2400 roku.

Klimatolodzy uważają, że współczesny system klimatyczny może tolerować ocieplenie rzędu 1-2oC. Przy dalszym wzroście temperatury atmosfera ulegnie gruntownemu przeobrażeniu. Zmieni się cyrkulacja atmosferyczna, przesuną się strefy klimatyczne. W strefie umiarkowanej należy się liczyć ze znacznym wzrostem zmienności warunków pogodowych.

Oczekiwać należy zwiększenia częstotliwości i intensywności zjawisk elementarnych (susze, powodzie, huragany) związanych ze zmiennością klimatyczną. Wzrost temperatury będzie zróżnicowany geograficznie. Większe sumy będą dotyczyły wyższych szerokości geograficznych oraz zimy. Ocieplenie w zimie będzie wyższe o 50-100% od średniego ocieplenia w wysokich szerokościach geograficznych, będzie też szybciej wzrastać niż nad oceanem.

Skutki globalnego ocieplenia

  • Zmiany cyklu hydrologicznego.

  • Zmiany cyrkulacji atmosferycznej.

  • Zmiany poziomu różnic oceanów.

  • Zmiany świata żywego (gatunki, ekosystemy).

  • Zmiany w produkcji żywności.

Wzrost temperatury spowoduje wzmożenie procesów zachodzących w globalnym systemie hydrologicznym. Intensywniejsze staną się parowanie i opady. Koncentracja pary wodnej nad oceanami w latach 1988-2004 wzrosła o 1,2% (+/-0,3%) na dekadę, a od początku XXw. łącznie o 5%.

W konsekwencji w latach 1900-2005 zaobserwowano wzrost ilości opadów, ale dotyczy to obszarów >30o szerokości geograficznej północnej, jak głównie wschód Ameryki Północnej, Ameryki Południowej, Europy Północnej, Azji Środkowej. W strefie międzyzwrotnikowej dla odmiany następuje spadek ilości opadów – w Sahelu, basenie Morza Śródziemnego, Afryce Południowej.

W wysokich szerokościach geograficznych nastąpi wzrost opadów zimą i wzrost zawartości wilgoci w glebie. Powstanie jednak możliwość występowania ostrzejszych susz i powodzi w niektórych miejscach. Na pustyniach warunki staną się bardziej ekstremalne – będzie bardziej gorąco, a tylko nieznacznie wilgotniej.

Można się spodziewać, że na dość dużej części obecnych obszarów suchych i półsuchych deficyt wody pogłębi się, intensyfikując proces pustynnienia i erozji.

W umiarkowanych szerokościach geograficznych ocieplenie klimatu spowoduje zanik pokrywy śnieżnej, zmniejszenie retencji gruntowej, podniesienie poziomu wód gruntowych. Zwiększenie rozmiarów i częstości opadów burzowych oraz wzrost parowania będą sprzyjać powodziom i długim okresom niskich stanów wody w rzekach oraz nasileniu erozji wodnej gleb.

Nastąpią też znacznie zmiany w cyrkulacji atmosfery, co przede wszystkim będzie skutkiem częstszego występowania El Nino. Huragany, tornada będą występowały coraz częściej, a intensywność najsilniejszych z nich może wzrosnąć w stosunku do współczesnych wartości o 40-50%.

Przewidywane zmiany klimatu w Polsce

Do końca obecnego stulecia w Polsce wielkość przyrostu średniej rocznej temperatury byłaby zbliżona do średniej europejskiej i wynosiłaby na przeważającym obszarze kraju od 3 do 3,5oC, tylko w niektórych obszarach w Polsce Środkowej i Południowo-Wschodniej do 4oC.

Przewiduje się większe niż w przypadku temperatury zróżnicowanie przestrzenne zmian rocznych sum opadów atmosferycznych na obszarze Europy, przy czym na południu kontynentu dominować będą spadki, natomiast na północy wzrosty. Europa Środkowa, w tym Polska, znajduje się w strefie stosunkowo niewielkich zmian sum rocznych.

Wskazuje się możliwość niewielkiego wzrostu rocznych sum opadów, określaną na około 10%. Lokalnie w Polsce południowej i północno-wschodniej wzrost ten może być o kilka procent wyższy.

Dostępne w literaturze analizy dotyczące zmian klimatu na obszarze Polski wskazują na redukcję przejściowych pór roku z tendencją do dominacji pory ciepłej i chłodnej.

W ciepłej porze roku przewiduje się wzrost częstości pojawiania się długotrwałych (kilkutygodniowych) okresów bezopadowych lub o opadach bardzo niskich, którym będzie towarzyszyła pogoda upalna z max. temperaturą powietrza przekraczającą 35oC. Podkreśla się, że susze przerywane będą krótkotrwałymi gwałtownymi opadami deszczu, którym mogą towarzyszyć burze, gradobicia i bardzo silne wiatry, w tym trąby powietrzne.

Z kolei cieplejsze zimy charakteryzować się będą częstszymi i obfitszymi opadami atmosferycznymi, coraz rzadziej w postaci śniegu. Także w tej porze roku najsilniej wzrośnie prędkość i porywistość wiatrów.

Dość wyraźnie zaznaczone ocieplenie przy niewielkich zmianach (lub słabym wzroście) opadów atmosferycznych doprowadzi do wzrostu wartości parowania terenowego. Wzrośnie odczuwana już obecnie stosunkowo duża zmienność warunków pogodowych na obszarze kraju.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *