GLOBALNE OCIEPLENIE PRZYCZYNY, SKUTKI ORAZ .Zapylenie powietrza w spos³b bezpo›redni wp‚ywa na

  • View
    214

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of GLOBALNE OCIEPLENIE PRZYCZYNY, SKUTKI ORAZ .Zapylenie powietrza w spos³b bezpo›redni...

119

GLOBALNE OCIEPLENIE PRZYCZYNY, SKUTKI

ORAZ ZAPOBIEGANIE ZMIANOM KLIMATU

Izabela KUROWSKA, Adrian KONOPKO, Renata WISOCKA,

Grzegorz WIDERSKI, Wodzimierz LEWANDOWSKI

Wydzia Budownictwa i Inynierii rodowiska, Politechnika Biaostocka, ul. Wiejska 45A, 15-351 Biaystok

Streszczenie: Efekt cieplarniany sta si w ostatnich latach jednym z gwnych problemw wiata. Globalne ocieplenie

wpywa negatywnie na rodowisko. Wiele gatunkw rolin i zwierzt, ktre nie mog przystosowa si do zmian

klimatycznych moe wygin. Wpywa ono take niekorzystnie na ekonomi i infrastruktur pastw. Organizowane

s liczne konferencje odnonie zmiany klimatu, ktrych celem jest poszukiwanie rozwiza sucych redukcji emisji

gazw cieplarnianych. Na konferencjach w Kioto i Paryu powstay protokoy odnonie ograniczenia emisji tych gazw.

Protok paryski przedstawia dugoterminow strategi przeciwdziaania globalnemu ociepleniu. Zakada on redukcj

gazw cieplarnianych do roku 2050, o co najmniej o 60% w odniesieniu do roku 2010.

Sowa kluczowe: globalne ocieplenie, gazy cieplarniane, zmiana klimatu.

Autor odpowiedzialny za korespondencj. E-mail: w-lewando@wp.pl

1. Wprowadzenie

Globalne ocieplenie stao si w ostatnich latach

przedmiotem zainteresowania wielu pastw oraz dziedzin

nauki. W 2013 roku zosta ogoszony 5. Raport

Oceniajcy Midzyrzdowego Zespou ds. Zmian Klimatu

(ang. Intergovernmental Panel on Climate Change

IPCC, 2013). Wynika z niego, e zmiany klimatu

s niezaprzeczalne i z 95-procentowym prawdo-

podobiestwem mona przypisa je dziaalnoci

czowieka. W globalnym ociepleniu najwiksze znaczenie

ma efekt cieplarniany zwizany z rosncym steniem

gazw, takich, jak: CO2, CH4, N2O oraz pyw

w atmosferze. Efekt cieplarniany to naturalne zjawisko,

dziki ktremu moe istnie ycie na Ziemi. Obecne

w atmosferze ziemskiej gazy tworz powok atwo

przepuszczajc promieniowanie widzialne i ultra-

fioletowe, ktre po dotarciu do powierzchni Ziemi

nagrzewaj j. Wyemitowane z naszej planety

promieniowanie cieplne (dugofalowe) unosi si

i w grnych warstwach atmosfery jego znaczna cz jest

zatrzymywana. Dziki temu rednia temperatura

powierzchni Ziemi utrzymuje si na poziomie okoo 15C.

Bez efektu cieplarnianego temperatura wynosiaby okoo

-18C (Dubiski i in., 2010). Zatem problemem nie jest

efekt cieplarniany, lecz jego nasilenie. Mechanizm tego

zjawiska przedstawiony zosta na rysunku 1.

Rys. 1. Mechanizm efektu cieplarnianego

2. Podstawy fizykochemiczne efektu cieplarnianego

W powstawaniu efektu cieplarnianego kluczow rol

odgrywaj gazy, znajdujce si w dolnej warstwie

atmosfery (troposferze), takie jak: para wodna, metan,

tlenek wgla(IV) oraz inne nazywane gazami

cieplarnianymi. Maj one zdolno do absorbowania

i emisji wiata podczerwonego. Gazy cieplarniane

charakteryzuj si trwaoci i biernoci chemiczn,

na co wskazuje dugi okres ich przebywania w atmosferze

(Kocioek-Balawejder i Stanisawska, 2012).

2.1. Gazy cieplarniane

Gazy, jako najprostsze molekuy, mog drga tylko przy

okrelonej czstotliwoci. Czsteczki zbudowane z takich

samych atomw, na przykad tlen i azot (rwnie

znajdujce si w atmosferze) nie s gazami

Civil and Environmental Engineering / Budownictwo i Inynieria rodowiska 6 (2015) 119-130

120

cieplarnianymi. Nie absorbuj one promieniowania

podczerwonego, dlatego okrelane s jako nieaktywne

w podczerwieni. Powodem przezroczystoci azotu i tlenu

w zakresie IR (ang. Infrared) jest symetria tych czsteczek

nie maj one w stanie rwnowagi trwaego momentu

dipolowego i nie tworzy si on w czasie drga, zatem

promienie podczerwone nie oddziauj z tymi molekuami

W czasie drga czsteczek tlenu i azotu nastpuje tylko

zmiana polaryzowalnoci (tak zwane potencjalnej

zdolnoci przemieszczania si adunku elektronowego

wzgldem zrbw atomowych) tych czsteczek

(Lewandowski i in., 2007, Karwasz i Suewski, 2013).

Tlenek wgla(IV) jest czsteczk liniow (dugo

wizania C=O wynosi 116,3 pm). Czsteczka CO2

charakteryzuje si trzema rodzajami drga oscylacyjnych

(rys. 2). Obrt molekuy w stanie spoczynku (symetryczne

drgania) nie wpywa na jej pole elektryczne oraz

na zmian momentu dipolowego, ktry w tym przypadku

wynosi zero. Pozostae dwa rodzaje drga: asymetryczne

rozcigajce oraz zginajce powoduj zmian momentu

dipolowego w czasie drga, co powoduje aktywno

w podczerwieni.

Rys. 2. Rodzaje drga czsteczki wody

Czsteczki wody s nieliniowe, a wizania pomidzy

wodorem i tlenem s silnie spolaryzowane, dlatego woda

ma trway moment dipolowy i zmienia si on podczas jej

drga. Taka budowa pozwala na pochanianie

promieniowania podczerwonego. Istnieje kilka rodzajw

drga czsteczki wody, ktre zostay przedstawione

na rysunku 3.

Rys. 3. Rodzaje drga czsteczki tlenku wgla(IV)

2.2. Sprzenia zwrotne

Wan rol w ksztatowaniu klimatu speniaj sprzenia

zwrotne, ktre dzielimy na dodatnie i ujemne. O ujemnym

sprzeniu zwrotnym mwimy wtedy, gdy efekt zmiany

przeciwdziaa czynnikowi, ktry ten efekt wywoa.

Skutkuje ona osabieniem i stabilizacj zmian

zachodzcych w klimacie. W dodatnim sprzeniu

zwrotnym efekt zmiany wzmacnia czynnik, ktry ten efekt

wywoa, co skutkuje destabilizacj klimatu (Kundzewicz,

2013). Podczas modelowania klimatu uwzgldnia si

sprzenie zwrotne pary wodnej, ktra do niedawna bya

uwaana za gaz szklarniowy majcy najwikszy wpyw

na powstawanie efektu cieplarnianego. Wzrost

temperatury prowadzi do zwikszenia parowania wody.

Powstajca para wodna przyczynia si do podwyszenia

temperatury Ziemi. Sprzenie zwrotne pary wodnej

warunkuje istnienie punktu maksymalnej wartoci pary

wodnej, jak moe osign atmosfera. Po przekroczeniu

tego punktu dalsze parowanie skutkuje opadami deszczu.

Naukowcy uwaaj, e na Wenus kiedy byo tyle samo

wody, co na naszej planecie. Z powodu braku sprzenia

zwrotnego pary wodnej oraz mniejszej odlegoci

od Soca uwaa si, e woda wyparowaa, zamiast

skropli si i utworzy morza, tak jak stao si

to w przypadku Ziemi.

Sprzenie zwrotne biosfery ldowej wpywa

na klimat zmieniajc albedo (zaleno pomidzy iloci

promieniowania padajcego do odbitego) gruntu. Drzewa

posiadaj znacznie nisze albedo od terenw

bezdrzewnych. Ozibienie prowadzi do ograniczenia

lesistoci, powikszenia albedo, co skutkuje obnieniem

temperatury. Lasy amazoskie pobieraj wod z Ziemi,

a nastpnie oddaj j do atmosfery za pomoc aparatw

szparkowych w liciach. Wzrost iloci pary wodnej

skutkuje zwikszenie iloci opadw, co powoduje dalszy

intensywny wzrostem drzew. Ten efekt uwaany jest

za gwny czynnik, dziki ktremu lasy rwnikowe mog

istnie.

Sprzenie zwrotne albedo lodu, wystpujcego

gwnie na obszarze okoobiegunowym. Zmiany

temperatury w wyszych szerokociach geograficznych

s dwu-, a nawet czterokrotnie wiksze od przecitnych

panujcych na Ziemi. Jest to zauwaalny proces

i wiadczy o tym na przykad topniejca pokrywa lodu

na Arktyce (Archer, 2011).

3. Przyczyny globalnego ocieplenia

3.1. Obieg wgla w przyrodzie

Wgiel to podstawowy pierwiastek budulcowy zwizkw

organicznych. W yw materi organiczn zostaje

wbudowany w postaci tlenku wgla(IV), asymilowanego

przez autotrofy w procesie fotosyntezy. Proces ten polega

na zamianie, z wykorzystaniem wiata sonecznego,

tlenku wgla(IV) i wody w organiczne zwizki wgla.

Peni one rnorodne funkcje w organizmach,

na przykad biaka tworz enzymy kontrolujce reakcje

chemiczne. Tlenek wgla(IV), znajdujcy si

w atmosferze stanowi niewielk cz wgla istniejcego

na Ziemi. Pierwiastek ten znajduje si rwnie

Izabela KUROWSKA, Adrian KONOPKO, Renata WISOCKA, Grzegorz WIDERSKI, Wodzimierz LEWANDOWSKI

121

na powierzchni ldu w postaci szcztkw organizmw,

w ocenach i skaach osadowych. Kade z tych zasobw

gromadzi i przechowuje przerobiony tlenek wgla(IV),

dlatego ilo atmosferycznego CO2 zmienia si.

3.2. Naturalne przyczyny globalnego ocieplenia

Aktywno Soca, wybuchy wulkanw oraz zmiany

cyrkulacji oceanicznej to czynniki naturalne

odpowiedzialne za zmiany klimatu. Wulkany podczas

erupcji wyrzucaj do atmosfery due iloci pyw i gazw

(na przykad HCl, SO2, CO2, H2S). W kwietniu 2010 roku

spoeczno europejska zostaa zaskoczona skutkami

wybuchu wulkanu Evjafjallajokull w Islandii. Z jego

krateru wydzielaa si du ilo materii na wysoko

okoo 10 kilometrw. Py wulkaniczny by niesiony przez

ruchy powietrza w kierunku wschodnim, co w duej czci

Europy wstrzymao ruch samolotw na wiele dni. Czstki

pyu wulkanicznego s twarde i ostre, pochodz

z magmy znajdujcej si w gbi skorupy ziemskiej.

Mog zniszczy silnik samolotu odrzutowego,

a take ogranicza widoczno (Kocioek-Balawejder

i Stanisawska, 2012).

Due znaczenie w analizie zmian klimatu maj gazy