ZAGAZAGAĐĐEENJNJEE ATMOSFERE ATMOSFERE GLOBALNI GLOBALNI EFEKTIEFEKTI

Prof. dr Vesna Matović

vevodi@pharmacy.bg.ac.rs

Atmosfera na Zemlji

Atmosfera predstavlja tanak sloj vazduha (gasova) koji okružuje planetu Zemlju.

Debljina atmosfere je samo oko 1% prečnika Zemlje

Ovaj sloj se zadržava oko naše planete zahvaljujući sili gravitacije

Atmosfera na Zemlji

Uloge atmosfere:

• snabdeva živi svet kiseonikom i ugljen dioksidom

• štiti život na Zemlji od negativnog dejstva ultravioletnog zračenja

• zagreva površinu Zemlje putem efekta staklene bašte

• smanjuje dnevno-noćne temperaturne ekstreme na Zemlji

• izoluje Zemlju od hladnog svemira i kosmičkog zračenja

• obezbeđuje proces kruženja vode i ostalih elemenata

Na globalnom nivou uočavaju se tri glavna problema koja

se javljaju kao posledica zagađenja atmosfere:

globalno zagrevanje zemljine atmosfere smanjenje ozonskog omotača zemlje ili

pojava “ozonskih rupa”efekat acidifikacije ili “kiselih kiša”

Globalno zagrevanje zemljine atmosfere je fenomen povećanja srednje temperature površine Zemlje, vodenih površina, kao i prosečne temperature vazduha izazvan različitim uzročnicima.

Uzročnici: gasovi sa efektom staklene baštečestice čađidirektna sunčeva aktivnost

Efekat staklene bašteEfekat staklene bašte• Efekat staklene bašte je rezultat interakcije Sunčevog zračenja i Zemljine atmosfere. Ovaj

efekat je prirodan efekat i bez postojanja ovog fenomena, na Zemlji ne bi bio moguć život. Bez tzv. gasova staklene bašte, toplotna energija apsorbovana i odbijena od Zemljine površine lako bi se vratila nazad u svemir, pa bi prosečna temperatura na Zemljinoj površini bila oko -19°C, za razliku od sadašnjih 15°C.

26 % Sunčevog zračenja se reflektuje od oblaka nazad u svemir 19 % energije apsorbuju oblaci, gasovi i čestice 4 % se reflektuje sa površine Zemlje u svemir 51 % stiže na Zemlju i raspoređuje se na: zagrevanje okoline, otopljavanje snega i

leda, isparavanje vode i fotosintezu

• Zagrevanje tla Sunčevom energijom uzrokuje da se ono ponaša kao izvor toplotnog zračenja.

• Samo mala količina ovog zračenja odlazi u svemir, a najveći deo apsorbuju tzv. gasovi staklene bašte u atmosferi.

• Pobuđeni gasovi reemituju ovo zračenje i 90% se ponovo vraća na Zemlju gde se ponovo apsorbuje i proces traje sve dok ima ovog dugotalasnog zračenja.

(Atmosfera, slično staklu, uglavnom propušta Sunčevo zračenje, ali je slabo propusna za zračenje sa Zemljine površine, pa deo energije koji uđe u sistem Zemlja-atmosfera, kao i u stakleniku, ostaje u njemu i pretvara se u toplotnu energiju, zagrevajući Zemljinu površinu i niže slojeve atmosfere. Ova prirodna pojava „greje“ Zemljinu površinu, što traje već četiri milijarde godina. Molekuli kiseonika i azota, koji sačinjavaju najveći deo atmosfere transparentni su za IR zrake kao i za vidljivi deo spektra. Nasuprot tome, neki molekuli “normalno” ili veštački prispeli u atmosferu, kao što su vodena para, CO2 CH4, N2O, CFCls (freoni) apsorbuju deo infracrvenog zračenja, privremeno sprečavajući njegovo otpuštanje u svemir zadržavajući tako toplotu u Zemljinoj atmosferi. Ovi gasovi potom emituju infracrveno zračenje u svim smerovima, a deo ovako nastale toplote vraća se ka Zemljinoj površini koju dodatno zagreva. )

GLOBALNO ZAGREVANJE ZEMLJINE ATMOSFERE ILI POJAČAVANJE EFEKTA “STAKLENE BAŠTE”

Učešće pojedinih gasova u pojačavanju efekta “staklene bašte”

CO2 - 55 %CFC - 25 %CH4 - 15 %NOx - 5 %

Drugi literaturni podaci:

Među “green house” gasovima, prvo mesto zauzima CO2, sem njega to su: CH4, N2O, CFCls, O3 u troposferi, vodena para – kao direktni “green house” gasovi, iako se ne može zanemariti ni uticaj indirektnih gasova uzročnika staklene bašte CO, NO i NO2.

Pre oko 2 milijarde godina CO2 je činio oko 75% atmosfere

Tokom poslednjih 600.000 godina, pa sve do početka industrijske revolucije, koncentracija CO2 nije prelazila 280 ppm

Poslednjih 150 godina porasla je na 380 ppm

Povećanjem emisije, koncentracija CO2 bi do 2075. godine dostigla 600 ppm, a do kraja 2100. 1000 ppm

UGLJENDIOKSID COUGLJENDIOKSID CO22

Nastaje: pri potpunom sagorevanju kao i u

procesu disanja aerobnih organizama i raspadanja organskih materija.

tokom krčenja šuma i obrade zemljišta

pri sagorevanju organskih materija pri sagorevanju fosilnih goriva: nafte

i derivata, uglja i drvenog goriva

UGLJENDIOKSID – CO2

najznačajniji uzročnik globalnog zagrevanja

Globalni prosek emisije CO2 u dvadeset najmnogoljudnijih zemalja. Velike razlike u emisiji CO2 uočavaju se između razvijenih i nerazvijenih zemalja.

METAN – CH4

• Prirodni izvori: vulkani (usijana lava značajan je emiter ovog gasa u atmosferu)

• Antropogeni izvori: krčenje šuma, spaljivanje drveta, raspadanje gnojiva.

• Molekuli CH4 nisu transparentni za IR zrake, apsorbuju ih i zadržavaju u Zemljinoj blizini, dovodeći tako do zagrevanja površine Zemlje.

• Smatra se da CH4 može da poveća toplotni efekat sunčevih zraka čak za 20%.

AZOTNI OKSIDI

• Prirodni izvori (N2O): sagorevanje i raspadanje organskih materija, šumski požari, procesi nitrifikacije u zemljištu, itd.

• Antropogeni izvori (NO i NO2): sagorevanje fosilnih goriva na visokoj temperaturi i pod visokim pritiskom, u automobilskim motorima toplane, termoelektrane, razne vrste teške industrije itd.

OZON – O3

• O3 je normalan sastojak vazduha• najveće koncentracije su u stratosferi na visini 20 – 30 km gde predstavlja filter

za UV zrake sa druge strane, O3 u nižim slojevima atmosfere ozon nije normalan sastojak i nastaje kao posledica zagađenja, ima štetne efekte i naziva se loš (troposferski O3).

• troposferska frakcija O3 ima direktno dejstvo staklene bašte.

FREONI – CFCls• velika isparljivost• iako je upotreba freona danas smanjena (Montrealski protokol), njihov značaj se

ne može zanemariti imajući u vidu njihovu veliku reaktivnost i dug život u atmosferi

• izazivaju depleciju O3 u stratosferi: oslobođeni u atmosferu ovi gasovi, pod uticajem Sunčeve svetlosti, daju slobodne radikale, koji ulaze u lančane reakcije uništavanja O3.

• “fizički” blokiraju proces kontrazračenja potencijal freona da izazivaju efekat staklene bašte je izuzetno veliki. 1 molekul freona apsorbuje čak 10.000 puta više zračenja nego CO2.

UGLJEN MONOKSID – CO• sam po sebi, nije gas koji dovodi do globalnog zagrevanja, ali učestvuje u

reakcijama u atmosferi, u kojima nastaju drugi gasovi sa ovakvim efektom, pre svega CO2 i CH4.

• takođe “troši” redukujuće radikale u atmosferi i tako onemogućava razgradnju CH4, dovodeći ne samo do povećanja koncentracije, nego i do produžavanja života CH4 molekula u vazduhu.

Gasovi staklene bašteKoncentracija

1750Koncentracija

2003Procenatpromene

Prirodni i antropogeni izvori

Ugljen dioksid 280 ppm 376 ppm 34%

Sagorevanje biomase, šumski požari, vulkani, sagorevanje fosilnih goriva, krčenje šuma, promene u korišćenju zemljišta

Metan 0.71 ppm 1.79 ppm 152%

Vlažna staništa, sagorevanje biomase, aktivnost termita, eksploatacija nafte i gasa, uzgajanje pirinča, gajenje stoke, deponije

Azotni oksidi 270 ppb 319 ppb 18%Šume, livade, okeani, njive, sagorevanje biomase, đubriva, sagorevanje fosilnih goriva

Freoni (CFCs) 0 880 ppt nepoznato Frižideri, sprejovi, rastvori za čišćenje

Ozon nepoznatovarira sa

nadmorskom visinom i geografskom širinom

opada ustratosferi raste

u troposferi

Prirodno se stvara dejstvom Sunčevog zračenja na molekularni kiseonik, a veštački fotohemijskom proizvodnjom smoga

Koncentracije i izvori gasova “staklene bašte”

Negativne posledice intenziviranja efekta “staklene bašte”

1. Podizanje nivoa mora1. Podizanje nivoa mora

2. Negativan uticaj na ledeni pokrivač2. Negativan uticaj na ledeni pokrivač

3. 3. Uticaj na klimu i na živi svetUticaj na klimu i na živi svet

4. Šumski požari4. Šumski požari

5. Ekonomske posledice5. Ekonomske posledice

6. Čovek kao “žrtva” sopstvenog6. Čovek kao “žrtva” sopstvenog delovanjadelovanja

1. Podizanje nivoa mora1. Podizanje nivoa mora

• Merenja pokazuju da je u poslednjem veku nivo mora porastao u proseku za 15-20 cm. U geološkoj istoriji promene su bile po nekoliko desetina metara.

• Do kraja XXI veka nivo svetskog mora mogao bi da bude viši za 10 do čak 50 cm. Do 2050. godine sadašnji nivo svetskog mora biće 7 – 15 cm viši, a do 2100. godine za 34 cm, samo usled efekta staklene bašte.

• Ove promene mogle bi da izmene odnos morskih i kopnenih površina na svetskoj karti (neke oblasti kao npr. Holandija našle bi se pod morem).

povećanje nivoa morapotapanje velikih povšina na obalama

potapanja priobalnih gradovanestajanje ostrva

2. Negativan uticaj na ledeni pokrivač2. Negativan uticaj na ledeni pokrivač

• Led na polovima pokriva 10% kopna i sadrži 77% zaliha slatke vode.

• Od 150 glečera u 1850. godini na Aljasci i u Kanadi, danas ih ima oko 50.

• Led se na severnoj hemisferi postepeno topi. U poslednjih 35 godina stanjio se za 42%. Nivo mora kod Aljaske i Kanade raste 0.15-0.30 mm godišnje.

• Ovo je dovelo do bržeg plutanja ledničkih masa i njihovih pomeranja. Ako delovi lednika doplove u toplije vode, mogli bi da rashlade tople struje i ugroze živi svet u vodi. Takođe, daljim otapanjem leda oslobodiće se velike količine CH4 (iz vazdušnih džepova), što bi dodatno ubrzalo zagrevanje.

Topljenje lednika na polovima

Topljenje lednika na planinama

3. Uticaj na klimu i na živi svetIzmene klime

• Obilne padavine, poplave (više temperature dovode do pojačanog isparavanja – topao vazduh nosi više vlage, što rezultira većom količinom padavina u umerenim oblastima severne hemisfere)

• Jako visoke letnje temperature i suše (Mediteran i tropi)

• Uragani i oluje

• Smanjivanje količina dostupne slatke vode (procena je da će se do 2100. godine 70% rezervi pijaće vode iscrpiti)

• Predviđa se da će Golfska struja opasti za 25% u narednih 100 godina, a nije isključeno ni da potpuno nestane. Slabljenje tople Golfske struje rezultira hladnim i oštrim zimama.

• Klimatske promene su ireverzibilne

Problemi adaptacije živog svetaProblemi adaptacije živog svetaPoremećaji u lancima ishranePoremećaji u lancima ishrane

Poremećaji u životnim ciklusimaPoremećaji u životnim ciklusima ( (neke biljke cvetaju ranijeneke biljke cvetaju ranije) ) Porast temperature za oko 2Porast temperature za oko 2ooC pomerio bi granice staništa šuma na severnoj polulopti za oko 300 km na C pomerio bi granice staništa šuma na severnoj polulopti za oko 300 km na

severseverPredviđa se potpuno istrebljenje mnogih vrsta jer njihova adaptacija ne može da prati brzinu klimatskih Predviđa se potpuno istrebljenje mnogih vrsta jer njihova adaptacija ne može da prati brzinu klimatskih

promena (minimalna promena temperature okeana dovela bi do nestajanja čuvenih koralnih grebenova, koji promena (minimalna promena temperature okeana dovela bi do nestajanja čuvenih koralnih grebenova, koji se odlikuju velikim diverzitetom faune kako se odlikuju velikim diverzitetom faune kako beskičmenjakabeskičmenjaka tako i riba). Mnoge biljne i životinjske vrste već tako i riba). Mnoge biljne i životinjske vrste već

jesu ozbiljno ugrožene naglim velikim temperaturnim promenamajesu ozbiljno ugrožene naglim velikim temperaturnim promenama

4. Šumski požari

Čak 70% tropskih šuma će nestati do kraja XXI veka.

5. Ekonomske posledice

Šteta po kultivisane biljke, životinjski svet mogla bi da dovede do

nestašice hrane.

6. Čovek kao “žrtva” sopstvenog delovanja

Povećanje srednje godišnje temperature i vrela leta ozbiljno ugožavaju

ljudsko zdravlje. Od posledica vrelog talasa u toku 2003. godine umrlo

je 30.000 ljudi, a visoke temperature izazvale su i brojne hronične

zdravstvene probleme. Takođe sve prethodno opisane pojave direktno,

ili indirektno utiču na čoveka, njegovo zdravlje, pa čak i opstanak.

TEORIJA GLOBALNOG TEORIJA GLOBALNOG HLAĐENJAHLAĐENJA

Povećanje CO2 u atmosferi dovelo bi do isparavanja velike količine vode sa površine svetskog mora što bi uslovilo pojavu gušće atmosfere.

Usled toga, došlo bi do smanjenja količine Sunčevog zračenja koje dolazi do površine Zemlje, što bi dovelo do smanjivanja prosečne globalne temperature.

Znatno je prihvaćenija teorija globalnog zagrevanja

Kjoto protokolKjoto protokol

Otvoren za potpisivanje 1997. godine

Donesen uz Okvirnu Konvenciju UN o promeni klime

Cilj protokola je smanjenje emisije gasova, koji izazivaju efekat “staklene bašte” za 5.2%

Uključuje i smanjenje emisije gasova do 2012. godine na nivo iz 1990. godine

Stupio je na snagu tek 2005. godine kad ga je ratifikovala Rusija, jer je time ostvaren uslov da od zemalja potpisnica 55% moraju biti zemlje zagađivači

Ratifikovalo ga 170 zemalja

Međunarodni sporazumi o smanjenju Međunarodni sporazumi o smanjenju emisije gasova sa efektom staklene bašteemisije gasova sa efektom staklene bašte

zelena – potpisale i ratifikovaležuta – potpisale ali se čeka ratifikacijacrvena – potpisale ali nisu ratifikovale

siva – nemaju stav

KJOTO PROTOKOL

IPCCIPCC (Intergovermantal Panel of Climatic Change)(Intergovermantal Panel of Climatic Change) Pravi šok u svetskoj javnosti i među političarima izazvao je, početkom 2007.

godine,Četvrti izveštaj međuvladinog panela za promenu klime.. Glavni zaključci

izveštajaIPCC 2007. godine su bili više nego poražavajući: proces otopljavanja na Zemlji odvija se mnogo brže nego što je to

prognozirano koncentracija gasova staklene bašte u atmosferi je danas dvostruko veća

nego u preindustrijskom periodu (do 1750. godine). Sa održavanjem ovakvog trenda. temperatura vazduha bi u 21. veku porasla u granicama 2 - 4,5 0C.

prisutno je ubrzavanje tranzicije ka otopljavanju Zemlje porast temperature vazduha je veći na većim geografskim širinama (ka

polovima) pa to izaziva ubrzano topljenje leda na polovima, naročito na Arktiku.

dužina trajanja leda na rekama se smanjuje zbog porasta temperature vazduha

registrovana je migracija stanivništva iz regiona koji su pod većim negativnim uticajem klimatskih promena u regione „povoljnije“ klime. Prognozira se da će tokom 21. veka migracija obuhvatiti stotine miliona ljudi, što će biti izuzetan ekonomski udar na društvene sisteme.

Pogledati

• http://www.ni78.com/y5zLuqSYF68Et/the-greenhouse-effect/

Ozonske rupe zapravo i nisu ‘‘rupe’’, već mesta gde je koncentracija ozona znatno smanjena.

Ozon je u gornjim slojevima atmosfere (stratosfera) prisutan u ‘’velikoj meri’’, barem je tako bilo milionima

godina. Međutim, zadnjih decenija je atmosferskim merenjima utvrđeno da sloj ozona u stratosferi postaje

sve tanji. Smanjivanje ozona je najveće na polovima, posebno iznad Antarktika gde se pojavljuju tzv. „ozonske

rupe” na južnoj hemisferi.

Slika najveće Antartktičke “ozonske rupe” ikad izmerene (Septembar 2006).

Smanjenje ozonskog omotača Smanjenje ozonskog omotača zemljezemlje

’’Dobar’’ i ’’loš’’ ozon?

“loš”

“dobar”

OZONSKI OMOTAČ – O3

Formiranje i razgradnja ozona

O2 + hv (radiation< 240 nm) -- O + OO + O2 -- O3

O3 + hv (radiation< 240 nm) -- O2 + OO + O2 -- O3

O + O3 -- O2 + O2

Prvu teoriju o nastanku i dejstvu ozona u atmosferi dao je Chapman 1930. godine.

Međutim, stanje nije odgovaralo predviđanju. Tek jeuvođenje CFC jedinjenja objasnilo sadašnje stanje

Proizvođači i proizvodi koji oštećuju ozonski omotač

Glavni uzročnici smanjenja koncetracije ozonskog sloja su:

oksidi azota (NOoksidi azota (NOxx)) (supersonični avioni – veliki izvor azotnih oksida u stratosferi)

hlorofluoro jedinjenja ugljenikahlorofluoro jedinjenja ugljenikapoznatiji kao freoni (CFCl)

MehanizMehanizaam razgradnje m razgradnje ozonaozona

Ozonski omotač biva uništen kada molekuli ozona apsorbuju UV zrake koji bi u suprotnom došli do Zemljine površine:O3 + hv --> O2 + OOvaj proces uvek je praćen i nastankom ozona:O + O2 --> O3 Ipak, ozon se kontinuirano uništava putem reakcija sa brojnim prirodnim radikalima koji sadrže hlor, azot , vodonik ili kiseonik. Kada CFC molekuli stignu do ozonskog omotača koji je na visini između 15 i 30 km bivaju fotolizovani UV zračenjem i oslobađaju se halogeni atomi. Na primer:CCl2F2 (CFC-12) + hv -> CCIF2 + ClOvako nastali atomi hlora mogu reagovati sa vodonikom iz metana i da grade HCl ili mogu učestvovati u katalitičkom ciklusu koji uništava ozonCl + O3 --> ClO + O2

ClO + O --> Cl + O2

-----------------------------------O3 + O --> 2O2 S obziorm da se u ciklusu regenerišu radikali koji zapravo i napadaju ozon, jedan atom hlora može uništiti stotine hiljada atoma ozona.

MehanizMehanizaam razgradnje m razgradnje ozonaozona

• I druge grupe jedinjenja učestvuju u uništavanju ozonskog omotača među kojima su azotni oksidi:

NO + O3 --> NO2 + O2NO2 + O --> NO + O2-----------------------------------O3 + O --> 2O2 Novija istraživanja ukazuju na značaj hidroksilradikalana u uništavanja ozonskog omotača:OH + O3 --> HO2 + O2HO2 + O3 --> HO + 2O2-----------------------------------2O3 --> 3O2 (net) 

Izaziva pojavu raka kože (smanjenje O3 za 1% izaziva četvorostruko povećanje broja obolelih)

Oboljenje očiju – kataraktu očnih sočiva

Slabljenje imunološkog sistema organizma

Smanjenje prinosa žitarica (bioprodukcije)

Oštećenje plastičnih materijala

Povećanje efekta staklene bašte,…

Posledice oštećenja ozonskog omotača posledica su povećanja

intenziteta UV zračenja u troposferi:

Termin kiseli talogkiseli talog obuhvata celokupnu kiselu precipitaciju koja podrazumeva gasove, čestice, kao i tečnu fazu, tako da se u kiselom talogu nalaze sve kisele supstance iz atmosfere

Po definiciji kisele kiše su atmosferski kiseli talog u formi kiše.

EFEKAT ACIDIFIKACIJE - TZV. „KISELE EFEKAT ACIDIFIKACIJE - TZV. „KISELE KIŠE“KIŠE“

Komponente koje se mogu naći u atmosferi, a koje su konstituenti kiselog taloga mogu biti:

1. Prirodnog porekla (60%) SO2 iz vulkanskih grotla, morsku penu i kapljice koji sadrže sulfate (H2SO4), zatim sumpor-vodonik (H2S) poreklom od vulkanskih erupcija i sličnih aktivnosti zemljine kore i konačno biogeni sumpor koji nastaje u biodegradaciojom organske supstance potpomognut bakterijama

2. Antropogenog porekla (iz industrije, saobraćaja, domaćinstava...)

GLAVNIGLAVNI UZROUZROČNICČNICI NASTANKA KISELIH KII NASTANKA KISELIH KIŠŠAA

Sumpor dioksid – SO2

Azotni oksidi – NOx

Gasovite organske materije – VOC (Volatile organic compounds)

Kisela kiša nastaje kada ovi gasovi reaguju u atmosferi sa vodom, kiseonikom i drugim jedinjenjima formirajući kisela jedinjenja tipa azotne i sumporne kiseline.

Sunčeva svetlost ubrzava ove reakcije.

NEGATIVNI NEGATIVNI EFEKTI EFEKTI ““KISELIH KIŠAKISELIH KIŠA” NA:” NA:

Vodene ekosisteme (masovni pomor riba)

Zemljište (narušavanje ravnoteže katjona)

Šumsku i zeljastu vegetaciju (resorpcija aluminijuma; kiseline sprže listove)

Ljudsko zdravlje (bolesti respiratornog sistema i kanceri)

Građevinske objekte i spomenike (korozija, degradacija, razaranje)

Uticaj na površinske i podzemne vodene ekosisteme i akvatične organizme

Posebno je značajno spiranje aluminijuma iz zemljišta i Posebno je značajno spiranje aluminijuma iz zemljišta i njegov ulazak u vodene tokove pod uticajem niskog pH što njegov ulazak u vodene tokove pod uticajem niskog pH što izaziva promene na izaziva promene na ribljiribljimm škrga škrgama sama sa fataln fatalnimim posledicposledicamaama

pH < 5 kod većine riba se ne razvijaju mladunci iz jaja još niža vrednost pH masovni pomor riba.

redukcija biodiverziteta svih grupa organizama, a u nekim slučajevima i do iščezavanja pojedinih vrsta (npr. neke vrste insekata, riba i vodozemaca koji su posebno osetljivi na bilo kakvu promenu u akvatičnim ekosistemima)

Uticaj kiselih kiša na sadržaj kalcijuma i magnezijuma u zemljištu vrlo je indikativan, nastajanje sulfata magnezijuma koji je rastvoran i sulfata kalcijuma (gipsa) koji je slabo rastvoran (oko 2g/dm3 kišnice) ima za posledicu da se vremenom ovi katjoni ispiraju iz zemljišta i ostavljaju za sobom narušenu ravnotežu katjona u zemljištu.

Uticaj na zemljište

Naročito je opasan nedostatak kalcijuma jer u nedostatku kalcijuma biljke resorbuju aluminijum, a to je poguban proces za biljke.

Uticaj na šumsku izeljastu vegetacije

Uticaj na građevinske objekte i spomenike

bolesti respiratornih organa (astma, bronhitis) razvoj kancera

Uticaj na ljudsko zdravlje

korozija, degradacija i razaranje