Efekt cieplarniany

Już w 1896 roku Svante Arrhenius wskazał na dwutlenek węgla jako przyczynę, z powodu, której na powierzchni Ziemi panuje stosunkowo wysoka temperatura w porównaniu z innymi planetami. Gazy tworzące ponad 99% składu atmosfery nie mają zdolności zatrzymywania promieniowania podczerwonego, którego źródłem jest Ziemia , a niewielka - 0,33% domieszka dwutlenku węgla jest przyczyną tego, co dzisiaj nazywamy efektem szklarniowym, ponieważ odzwierciedla to warunki panujące w szklarni: słoneczne promienie o krótkiej długości fali, padające na Ziemię przechodzą swobodnie przez szklany dach, natomiast promieniowania cieplnego o dłuższej fali wysyłanego przez ziemię, szkło już nie przepuszcza.

Gdy w połowie XX wieku porównano skład powietrza sprzed wieków
(uwięzionego w lodowcach Grenlandii) z obecnym stwierdzono, że zawartość "gazu szklarniowego” znacznie wzrosła. Odpowiedź, jaka nasunęła się wtedy naukowcom była prosta: przyczyniło się do tego ponad 100 lat rozwoju przemysłu.
Od tamtej pory prowadzone są stałe pomiary poziomu tego gazu w atmosferze ziemskiej. W tym czasie średnia temperatura Ziemi wzrosła o około 0,5 stopnia, a teraz wzrasta a prędkością około 0,3 stopnia na dziesięć lat. Naukowcy przewidują jej ogólny wzrost o około 1-5 stopni. Chociaż dla ludzkości te wahania temperatur nie są zauważalne, to mogą być one tragiczne w skutkach. Naszą planetę mogą nawiedzać częstsze susze, pożary i huragany. Innym realnym zagrożeniem są topniejące lody Antarktydy. Ilości wody, jakie są w nich uwięzione wystarczyłyby w zupełności, aby z powierzchni Ziemi zniknęły takie miasta jak: Londyn, Gdańsk, Hamburg, Padwa. Ponadto lody Grenlandii podwyższyłyby lustro wody o kolejne 7 m! Stopienie lodowców himalajskich, andyjskich i alpejskich dałoby wzrost poziomu wód o dalsze 35cm. Ponad 70 metrowy przyrost wód oceanu światowego zmieniły kształt linii brzegowej wysp i kontynentów. Satelita badawczy Topex Poseidon pozwolił stwierdzić, że obecnie poziom wód wzrasta o około 3 mm rocznie i tempo tego procesu zwiększa się.
Za 200-500 lat wody oceanu światowego podniosą się nawet o 6 m!
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.
Może tam, gdzie rosło dotychczas żyto, będzie należało uprawiać kukurydzę i winorośl. Spory wśród naukowców trwają. Niektórzy uważają, że powinno się ograniczyć ilości spalanych paliw, na co drudzy odpowiedzą, że nie ma bezpośredniego dowodu na wpływ przemysłu na wzrost temperatury, a Ziemia w swojej historii miała już okresy ocieplenia i zlodowaceń. Podczas panowania pierwszych Piastów na ziemiach Polskich uprawiało się winorośl, zaś kilka wieków później jeżdżono przez zamarznięty Bałtyk do Szwecji. Być może i teraz mamy do czynienia z chwilowym wzrostem temperatury, po czym zacznie ona gwałtownie spadać i będzie miało miejsce kolejne zlodowacenie.
Zapobieganie efektowi cieplarnianemu
Najlepszym sposobem zapobiegania efektowi cieplarnianemu jest zapobieganie jego powstawaniu, czyli nadmiernej emisji dwutlenku węgla do atmosfery!
Należy więc:
1. Chronić "zieleń", bo to właśnie rośliny wchłaniają dwutlenek węgla i dają nam tlen!
2. Żyć zdrowo - jeździć rowerem zamiast samochodem ograniczając w ten sposób emisję dwutlenku węgla!
3. Inwestować w alternatywne źródła energii (czyli odnawialne)!


Zagrożenie wzrostem efektu cieplarnianego

Efekt cieplarniany jest pojęciem modnym, dlatego w natłoku informacji coraz trudniej oddzielić fakty od interpretacji, ocenę rzeczywistego stanu od wizji skutków.
Efekt cieplarniany stał się „dyżurnym tematem” , przywoływanym przy próbach wyjaśnienia przyczyn wielu kataklizmów przyrodniczych.
Termin efekt cieplarniany powstał jako próba opisu procesów związanych ze wzrostem temperatury na powierzchni ziemi. Procesy te zachodzą i zachodziły w atmosferze zawsze i wiążą się z pochłanianiem ciepła przez niektóre składniki powietrza. Należy podkreślić , że efekt cieplarniany zachodzi w warunkach naturalnych i ma bardzo korzystny wpływ na życie na ziemi : dzięki niemu mogło ono zaistnieć i trwać. Zjawiskiem niebezpiecznym stał się w wyniku działalności człowieka.

Przebieg i składniki procesu

Ze słońca dociera do ziemi promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo szerokim zakresie. Część ma postać promieniowania widzialnego , czyli światła. Wzrokowo odbieramy fale elektromagnetyczne o długości fali od 400 do 700 nm. Promieniowanie o krótszej długości fali określa się jako nadfiolet, natomiast to o większej długości jako podczerwień. Część promieniowania w postaci nadfioletu zostaje zatrzymana w górnych warstwach atmosfery ( w jonosferze i szczególnie ozonosferze ). Natomiast pozostałe rodzaje fal w większości przenikają przez atmosferę , prawie jej nie ogrzewając. Padając na powierzchnię ziemi światło częściowo się odbija , a częściowo zostaje pochłonięte, po czym wypromieniowane w postaci promieniowania podczerwonego , czyli ciepła. Ciepło to jest absorbowane w atmosferze przez parę wodną , dwutlenek węgla, metan, tlenek azotu, ozon i freony.

Znaczenie efektu cieplarnianego w środowisku

Zjawisko efektu cieplarnianego spełnia bardzo pożyteczną rolę. Gdyby duża część energii słonecznej nie była zatrzymana na ziemi w postaci ciepła, nasza planeta stałaby się podobna do Marsa chłodnego z powodu bardziej rozrzedzonej atmosfery. Ale gdyby na ziemi zostawało tego ciepła więcej , mielibyśmy temperatury prawie tak wysokie jak na otoczonej gęstą atmosferą Wenus. Względnie stała temperatura powietrza na ziemi jest efektem stałości dopływu energii słonecznej i właśnie efektu cieplarnianego. Istnieje równowaga pomiędzy ilością otrzymywanego ze słońca promieniowania a jego emisją z ziemi w przestrzeń kosmiczną. Bez jej równowagi , i to na takim poziomie, życie mogłoby nawet powstać.
W przeszłości geologicznej poziom tej równowagi był inny. W archaiku ( ok. 3,5 mld lat temu ) temperatura powietrza wynosiła 55 C. Jest o tyle zaskakujące , że słonce było mniejsze i emitowało tylko trzy czwarte tej obecnej porcji energii. Jak zatem atmosfera mogła osiągnąć tak wysoka temperaturę? Problem ten nazwano „ paradoksem słabego, młodego słońca”. Początkowo tłumaczono go obecnością we wczesnej atmosferze ziemskiej amoniaku i metanu. Gazy te jednak są zbyt reaktywne i musiałyby być stale uzupełniane. Obecnie przyjmuje się , że efekt ten zachodził przy kilkaset razy większym niż obecnie stężeniu dwutlenku węgla. Rozwiązanie tego problemu spowodowało pojawienie się kolejnego : dlaczego w takim razie w wyniku ewolucji słońca i wzrostu emisji jego promieniowania o 25% nie nastąpiło katastrofalne zwiększenie temperatury w atmosferze ziemskiej? Jednym z wyjaśnień jest pojawienie się roślin wykorzystujących do fotosyntezy dwutlenek węgla. Gdyby we właściwym momencie nie powstało życie, atmosfera ziemska składałaby się głównie z tego gazu, a temperatura przekraczałaby dzisiaj 70 C. Zmniejszenie zawartości dwutlenku węgla można też tłumaczyć procesami geochemicznymi, które wiązały go w skałach osadowych: wapieniach, dolomitach. Najprawdopodobniej oba mechanizmy zadziałały wspólnie.
Przykład z odległej przeszłości ziemi pokazuje, jak ważnym procesem jest efekt cieplarniany.



Kontrowersje wokół zjawiska


Jak wiele nowych koncepcji w nauce, również zagrożenie efektem cieplarnianym wzbudza kontrowersje i spory. Nie kwestionuje się absorpcyjnych właściwości gazów cieplarnianych, Powszechnie akceptowane są również pomiary dwutlenku węgla w powietrzu pochodzącym z przeszłości, a uwięzionym w pokrywach lodowych. Tendencję wzrostu temperatury określa się jako globalne ocieplenie. Związek pomiędzy tymi faktami wydaje się oczywisty. Sceptycy stawiają jednak pytanie, czy 23% wzrost zawartości dwutlenku węgla jest wystarczający do podniesienia temperatury powietrza o 0.5 . Odnotowany wzrost mógłby bowiem równie dobrze wynikać z naturalnej cykliczności zmian klimatycznych. Większość badaczy przyjmuje , że zagrożenie efektem cieplarnianym , wywoływane nadmierną emisją do atmosfery dwutlenku węgla pochodzenia antropogenicznego, jest bardzo prawdopodobne.

Zagrożenia


Szacuje się, że współczesny system klimatyczny zniesie ocieplenie w granicach 1-2 C. Przy większym wzroście zakłócona zostanie stabilizacja układu, a wraz z nią przewiduje się:
- przesunięcie stref klimatycznych
- zakłócenia w cyrkulacji mas powietrza
- zmniejszenie obszarów pokrytych śniegiem i lodem
- podniesienie poziomu oceanów
- zmianę linii brzegowej
- zwiększenie zróżnicowania opadów
- zmiany struktury gatunkowej biocenozy
Dla ludzkości będzie to oznaczało:
- zalanie i zatopienie wielu gęsto zaludnionych obszarów
- zmiany struktury gatunkowej upraw
- wyłączenie spod upraw wielu obszarów z niedoborem wody
- zwiększenie częstotliwości katastrofalnych powodzi
- ekspansję wielu chorób w ślad za zmieniającymi się warunkami klimatycznymi
Pośrednim efektem staną się silne ruchy migracyjne. Zmiany klimatyczne według wielu modeli dotkną szczególnie państwa afrykańskie. Presja migracyjna z ich strony może być tak wielka , że państwa udzielające schronienia nie będą w stanie im skutecznie pomóc.


Możliwości zapobiegania zmianom i skutkom

- wprowadzenie nowych, bardziej wydajnych technologii produkcji energii w elektrowniach cieplnych
- zastępowanie tradycyjnej energetyki przez alternatywną( energia geotermalna, biomasa, wiatr itp.)
- kontynuacja zdecydowanego eliminowania freonów
- zahamowanie procesu wycinki, oraz podjęcie racjonalnego zalesiania terenów pozbawionych lasów
- składowanie emitowanego z elektrowni cieplnych i odwiertów geologicznych dwutlenku węgla w naturalnych podziemnych zbiornikach, w wyeksploatowanych złożach lub na dnie oceanów

Gdyby jednak miał się spełnić najczarniejszy scenariusz, musimy być na to przygotowani. Wysiłek społeczności powinien skoncentrować się na:
- badaniach nad inżynieryjnymi formami ochrony wybrzeży
- sposobach zapobiegania powodzi i jej skutkom
- racjonalizacji zużycia wody do celów przemysłowych, komunalnych, a szczególnie rolniczych
- poszukiwaniu nowych odmian roślin uprawnych