Czy zdarzyło ci się przebywać w zamkniętym aucie bez klimatyzacji, które stoi w nasłonecznionym miejscu? Choć temperatura na zewnątrz wynosi tylko 18°C, w aucie stale rośnie i osiąga nawet 40°C. Szyby auta pozwalają promieniowaniu słonecznemu przenikać do wnętrza, gdzie pod jego wpływem przedmioty zaczynają emitować promieniowanie cieplne. Dla tego promieniowania szyby są nieprzepuszczalne, dlatego auto działa jak cieplarnia. Podobne zjawisko zachodzi na Ziemi planecie otulonej atmosferą.

RaKrOePwzW06X1

Zdjęcie przedstawia atmosferę ziemską. Na zdjęciu widoczna jest planeta Ziemia z kosmosu?. Jest ona otoczona jasną/jasnoniebieską? gazową powłoką.

1. Ziemia jako cieplarnia

Nasza planeta otoczona jest atmosferą złożoną z różnych gazów. Atmosfera działa jak ochronna powłoka: zabezpiecza przed dotarciem do powierzchni planety szkodliwego dla organizmów promieniowania kosmicznego oraz pochłania część promieniowania ultrafioletowego, którego źródłem jest Słońce.

Inną ważną funkcją atmosfery ziemskiej jest stabilizacja temperatury globu. Promieniowanie słoneczne ogrzewa powierzchnię Ziemi podobnie jak powierzchnię krążącego wokół niej Księżyca. Na Księżycu, który w przeciwieństwie do Ziemi nie ma atmosfery, temperatura gruntu za dnia osiąga około 110°C, a nocą około -180°C. Tymczasem na naszej planecie temperatura powierzchni jest względnie stała. Dzieje się tak dzięki gazom atmosferycznym, które chronią Ziemię przed nadmiernym ogrzaniem i wychłodzeniem.

Nie wszystkie gazy tworzące atmosferę mają wpływ na temperaturę planety. Te, od obecności których ona zależy, określane są jako gazy cieplarnianegazy cieplarnianegazy cieplarniane. Dzięki nim pochodzące od Słońca promieniowanie może dotrzeć do powierzchni Ziemi, ale ciepło, które wydziela nagrzana Ziemia, nie może wydostać się z powrotem w kosmos. Efekt, jaki jest skutkiem obecności gazów cieplarnianych, można porównać do tego, który pojawia się w szklarni i zamkniętym samochodzie: temperatura pod powłoką atmosfery jest znacznie wyższa niż na zewnątrz. Zjawisko to nosi nazwę efektu cieplarnianegoefekt cieplarnianyefektu cieplarnianego. Dzięki niemu średnia roczna temperatura na Ziemi wynosi ok. 15°C i umożliwia istnienie życia.

Rd2mhcxCHKWqm1

Na ilustracji schemat efektu cieplarnianego. Powierzchnia kuli ziemskiej, atmosfera, słońce, w dolnej części atmosfery gazy cieplarniane. Schematycznie narysowane padające promienie słoneczne oraz promieniowanie odbite i wypromieniowane ciepło. Większość promieniowania słonecznego przenika przez atmosferę i dociera do powierzchni Ziemi. Część odbija się od atmosfery i powierzchni Ziemi, a potem rozprasza w przestrzeni pozaziemskiej. Nagrzana powierzchnia Ziemi wypromieniowuje ciepło z powrotem do atmosfery. Niewielka część ciepła wypromieniowanego przez powierzchnię Ziemi przenika przez atmosferę i rozprasza się w kosmosie. Większość ciepła wypromieniowanego przez powierzchnię Ziemi nie może przeniknąć przez gazy cieplarniane i pozostaje w atmosferze.

Bardzo ważną rolę w regulacji temperatury naszej planety odgrywają chmury. W dzień odbijają one część światła słonecznego, które inaczej ogrzewałoby powierzchnię Ziemi. Dlatego w bezchmurny letni dzień jest znacznie goręcej niż wtedy, kiedy niebo jest zachmurzone. Chmury pochłaniają też promieniowanie cieplne Ziemi, a potem je oddają do atmosfery. Z tej przyczyny pochmurne noce są cieplejsze niż noce bez chmur, podczas których ciepło zgromadzone w dzień przez powierzchnię Ziemi jest szybko wypromieniowane.

2. Gazy cieplarniane

Gazami cieplarnianymi są para wodna, dwutlenek węgla (ditlenek węgla), metan, ozon, podtlenek azotu (tlenek diazotu), a także inne gazy. Obecność większości z nich w atmosferze jest naturalna, związana z różnymi zjawiskami przyrodniczymi. Głównym gazem cieplarnianym jest para wodna. Trafia ona do atmosfery przede wszystkim wskutek parowania powierzchni oceanów i lądów. Im wyższa temperatura, tym intensywniejsze jest parowanie. Para wodna towarzyszy też na przykład gazom wyrzucanym do atmosfery podczas wybuchów wulkanów oraz procesów spalania paliw w przemyśle i transporcie. Zawartość pary wodnej w atmosferze ulega dużym wahaniom i szybkim zmianom.

RmDVvKZJpBBCe1

Ilustracja przedstawia schemat w postaci trzech kół. Niebieskie oznacza wzrost ilości pary wodnej w atmosferze. Strzałka wskazuje skutek: w pomarańczowym kole napis „wzrost temperatury”. Strzałka prowadzi do koła u dołu, w którym zielona połowa przedstawia ziemię, a niebieska atmosferę. Temperatura powoduje parowanie z powierzchni roślin, ze zbiorników wodnych i z terenów niezalesionych. Unosząca się para tworzy chmury. Strzałka wskazuje na skutek: wzrost ilości pary wodnej w atmosferze i cykl się zamyka.

Dwutlenek węgla jest produktem naturalnych procesów przyrodniczych: oddychania organizmów, w tym także tego prowadzonego przez mikroorganizmy glebowe rozkładające szczątki organiczne, a także pożarów i wietrzenia skał. Jego źródłem są również wybuchy wulkanów. Coraz więcej dwutlenku węgla trafia do atmosfery w wyniku działalności przemysłowej i motoryzacji.

RR7Tcz04qmlyQ1

Ilustracja składa się z trzech rysunków, ukazujących magazynowanie i uwalnianie dwutlenku węgla. Na pierwszym obrazku znajdują się zielone drzewiaste paprocie, między którymi w wysokiej trawie chodzą szare dinozaury. To las karboński. Rośliny w ciepłym klimacie pobierają dwutlenek węgla z atmosfery i prowadzą intensywną fotosyntezę. W ich tkankach magazynowane są duże ilości węgla. * Drugi rysunek ukazuje tylko kilka żywych roślin. Szczątki pozostałych powoli przekształcają się w paliwa kopalne: torf, węgiel brunatny i kamienny oraz ropę naftową. Na trzecim rysunku znajduje się szara fabryka. Z jej kominów wydostaje się bury dym. Paliwa kopalne są zużywane, a zmagazynowany węgiel w postaci dwutlenku węgla wraca do atmosfery.

Kolejnym gazem cieplarnianym jest metan, składnik gazu ziemnego. Jest go w atmosferze o wiele mniej niż COIndeks dolny 2₂ i pary wodnej. Powstaje stale w wyniku beztlenowego rozkładu szczątków organicznych. Szczególnie dużo wytwarzają go mikroorganizmy zamieszkujące wszystkie miejsca, gdzie gromadzą się osady pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego: gleby, bagna, ujścia rzek, jeziora, a także wysypiska odpadów. Metan jest również produktem fermentacji zachodzącej w jelitach, szczególnie zwierząt przeżuwających. Jednym ze źródeł metanu jest także przemysłowa działalność człowieka: wydobycie kopalin, przemysłowa hodowla bydła.

R178vsm2H1t4f1

Ilustracja przedstawia schematycznie przekrój przez teren bagienny. U góry warstwa pokryta roślinami (rzęsą wodną). Niżej turkusowa warstwa wody, warunki beztlenowe. Na brązowe dno opadają martwe szczątki roślin z powierzchni (czerwona strzałka). Bakterie, ukazane w powiększeniu jako pomarańczowe orzęsione pałeczki, rozkładają szczątki, produkując gaz – metan. W postaci błękitnych kulek unosi się i gromadzi pod powierzchnią wody (niebieska strzałka). Część gazu wydostaje się do atmosfery

3. Zmiany klimatu na Ziemi

Efekt cieplarniany pozwala utrzymywać na Ziemi stosunkowo wysoką temperaturę, która jednak podlega wahaniom. Badania geologiczne dowodzą, że w dziejach Ziemi po okresach ocieplenia następowały tzw. epoki lodowe. Wyjątkowo ciepły klimat występował okresowo na przykład w karbonie i sprzyjał rozwojowi potężnych lasów złożonych z drzewiastych paprotników. W okresach ochłodzeń, w wyniku których kontynenty pokrył lądolód, lasy paprotników ginęły, by potem pojawić się w nieco zmienionym składzie. Podobnie było w okresie plejstocenu (od 2,5 mln lat temu do 12 tys. lat temu). Ziemia wtedy także przechodziła cykliczne zlodowacenia i okresy cieplejsze.

W efekcie ochłodzenia gatunki roślin i zwierząt były wypierane na tereny nie objęte zlodowaceniami. Te, które pozostały w pobliżu lodowców, musiały przystosować się do nowych warunków. Było to możliwe, gdyż ochłodzenia i ocieplenia klimatu zachodziły bardzo powoli, trwały dziesiątki tysięcy, a nawet miliony lat. Mimo to jednym z ich skutków było wymieranie gatunków, w miejsce których pojawiały się nowe. I tak na przykład w ostatniej epoce lodowej pojawiły się olbrzymie ssaki posiadające gęste futro (mamut, nosorożec włochaty, lemur olbrzymi, tygrys szablozębny). Rośliny tego okresu były bardzo zróżnicowane pod względem rozmiarów – od płożących się po ziemi karłowatych brzóz po potężne drzewa iglaste – oraz wykazywały liczne przystosowania do życia w zimnym klimacie.

R1XMTlDnTDdwu1

Ilustracja przedstawia rysunki pięciu olbrzymich wymarłych ssaków. Stoją na pomarańczowym pasie, głowami w lewo, przy nich podpisy. Od lewej: mocno owłosiony brązowy mamut z długimi kłami; mały, jasnobrązowy łuskowiec Gliptodon; za nim szarawy wymarły wielbłąd Titanotylopus*. Za nim stojący na tylnych nogach leniwiec Megaterium, z otwartym pyskiem i czerwonym językiem. Na końcu bezrogi nosorożec Paracerahterium, z długą szyją i mała głową.

Wieloletnie wahania temperatury obserwowali i notowali kronikarze już w średniowieczu, jednak systematyczne pomiary temperatury powietrza były prowadzone dopiero od XVIII w. Dowodzą one, że począwszy od połowy XIX w. średnia temperatura atmosfery Ziemi stale się zwiększa, a gwałtowny wzrost rozpoczął się około roku 1950. Zmiany te nazywane są globalnym ociepleniemglobalne ocieplenieglobalnym ociepleniem. Wśród naukowców nie ma jednomyślnej opinii, czy są one naturalnym procesem, czy też wynikiem rozwoju naszej cywilizacji. Najprawdopodobniej obie te hipotezy są po części słuszne – zmiany mogą być naturalne, jednak działalność człowieka może nasilać ich przebieg.

RE35GWFVdD4531

Wykres liniowy przedstawia niebieską krzywą. Obrazuje ona wzrost ilości dwutlenku węgla, uwalnianego do atmosfery w wyniku spalania paliw kopalnych. Na osi Y ilość CO2 w miliardach ton. Na osi X lata od 1750 do 2050 w podziałce co 50 lat. Po roku 1950 zaczął się gwałtowny wzrost ilości dwutlenku węgla w atmosferze.

4. Skutki globalnego ocieplenia

Globalne ocieplenie jest przyczyną licznych zmian dotyczących całej planety. Na naszej półkuli obserwujemy je w postaci łagodnych zim i słonecznych, upalnych lat albo wyjątkowo śnieżnych i mroźnych zim oraz gwałtownych, katastrofalnych zjawisk pogodowych, jak obfite opady powodujące powodzie czy trąby powietrzne. Z kolei w klimacie zwrotnikowym wzrost temperatur powoduje przedłużające się susze i zwiększanie się zasięgu pustyń. Maleją zasoby wody pitnej dostępnej dla zwierząt oraz ludzi, którzy nie tylko potrzebują jej do picia, ale także do hodowli, uprawy roślin i procesów przemysłowych. Skutkiem susz są częste pożary.

W Arktyce topnieje pokrywa lodowa, a zimy w tym rejonie nie są już tak mroźne, aby miała szansę się odbudować. W ten sposób zanika środowisko życia arktycznych zwierząt, zwłaszcza niedźwiedzi polarnych. Ogromne ilości wody z topniejących lodów dostają się do oceanu. Powoduje to stałe podwyższanie się poziomu wód morskich i zalewanie nisko położonych terenów. Szczególnie zagrożone są wyspy Oceanu Spokojnego, takie jak Tuvalu czy Kiribati, które wznoszą się zaledwie kilka metrów ponad poziomem morza. Szacuje się, że poziom mórz i oceanów może podnieść się w 2100 roku nawet o 2 m. Podwyższenie poziomu oceanów w przyszłości może mieć katastrofalne skutki dla bogatych ekosystemów związanych ze strefą brzegową oraz płytkimi wodami morskimi, takich jak rafy koralowe, lasy mangrowe czy ujścia dużych rzek.

R1OGlv2E6mpU31

Mapa przedstawia kraje Europy w kolorze żółtym. Na północnych wybrzeżach Rosji, Polski, Niemiec, Holandii, zachodnich Wielkiej Brytanii, wschodnich Francji i południowych wybrzeżach Włoch i Słowenii na niebiesko zaznaczono obszary, które mogą zostać zalane w wyniku globalnego ocieplenia.

Stały dopływ słodkiej wody z topniejących lodowców do słonej wody oceanicznej zaburza przepływ prądów morskich. Prądy mają duży wpływ na klimat w wielu rejonach świata. Najważniejszy dla Europy prąd morski, zwany Prądem Zatokowym (inna jego nazwa to Golfstrom) powoli zanika. Ponieważ prąd ten ogrzewa atlantyckie wybrzeże Europy, jego brak powoduje ochładzanie się klimatu w zachodniej Europie (niezależnie od ogólnoświatowego wzrostu temperatury na Ziemi).

RlortLzutbUkq1

ilustracja przedstawia dwie mapy Europy. Na obu szeroka czerwona strzałka oznacza Prąd Zatokowy. Po lewej na mapie symbol słońca. Opis: w okolicy Zwrotnika Raka wody Prądu Zatokowego gromadzą ciepło, które przenoszą na północ i ogrzewają zachodnią część Europy. Druga mapa ma symbol płatka śniegu. Opis: Prąd Zatokowy jest obecnie coraz słabszy, więc do Europy dociera mniej ciepła, a zimy stają się mroźne i śnieżne.

Można przypuszczać, że dalsze ocieplenie nie musi zmienić kontynentów w pustynie podobne do Sahary. Klimat może zmienić się w ten sposób, ze stanie się znacznie bardziej surowy: lata będą suche i upalne, zimy śnieżne i mroźne, a łagodne pory roku, jak wiosna i jesień, będą stawały się z roku na rok coraz krótsze. Zmianom tym mogą towarzyszyć liczne gwałtowne zjawiska pogodowe, takie jak huragany.

Nie można już cofnąć zmian, które zaszły w naszym klimacie, można jednak próbować ograniczać nasz wpływ na ocieplenie klimatu. Spośród gazów cieplarnianych największy wpływ mamy na ilość dwutlenku węgla. Z tego względu Unia Europejska dąży do ograniczenia jego emisji. Wymaga to m.in. zmniejszenia zużycia energii na przykład w przemyśle, transporcie, gospodarstwach domowych i rezygnacji ze spalania paliw kopalnych.

Słowniczek

Podsumowanie

• Dzięki efektowi cieplarnianemu na Ziemi powstało i utrzymuje się życie.

• Efekt cieplarniany zawdzięczamy obecności w atmosferze gazów cieplarnianych, takich jak para wodna, dwutlenek węgla, metan.

• Zmiany klimatu naszej planety są naturalne i cykliczne.

• Obecnie temperatura Ziemi wzrasta, co jest wynikiem ludzkiej działalności: uwalnianiem do atmosfery nadmiernej ilości dwutlenku węgla i zmniejszeniem powierzchni lasów.

• Skutkami ocieplenia klimatu są między innymi: topnienie lodowców, podwyższenie poziomu mórz i oceanów, susze, gwałtowne zjawiska pogodowe, wymieranie gatunków.

• Ograniczenie zużycia energii pochodzącej ze spalania paliw kopalnych może być sposobem ograniczenia globalnego ocieplenia.

Zadania