Globalne ocieplenie

R19iAmiFlEHU2

Na zdjęciu manifestacja w Melbourne w Australii w obronie klimatu. Manifestanci domagają się większej dbałości od polityków o klimat na Ziemi i doprowadzenie do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla. Na zdjęciu wielki, kolorowy tłum ludzi maszerujący ulicą. Ludzie trzymają transparenty.

1. Zmiany klimatu

Klimat na Ziemi jest konsekwencją wzajemnego oddziaływania wielu czynników o różnej naturze. W kosmosie zmienia się miejsce Układu Słonecznego w Galaktyce. W stosunkowo niewielkim stopniu przekształca się także kształt ziemskiej orbity oraz nachylenie osi Ziemi do płaszczyzny ekliptyki. Promieniowanie słoneczne też podlega wahaniom. To wszystko powoduje, że zmianie ulega dawka promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi.

W skali planety zmianom ulega położenie i wielkość kontynentów, co z kolei wpływa na przebieg prądów morskich. Wskutek ruchów tektonicznych kontynenty podnoszą się lub obniżają, piętrzą się łańcuchy górskie. Dodatkowo wulkany wyrzucają do atmosfery wielkie ilości gazów i pyłów.

Niestałe natężenie tych procesów cały czas w dynamiczny sposób kształtowało klimat na Ziemi, który od zawsze podlegał zmianom.

R1PS9xIdEapEs

Na ilustracji wykres liniowy obrazujący wahania temperatury powietrza w przeszłości geologicznej. Oś pionowa oznaczona od 3 na dole poprzez 0 do minus 4 na górze, co jeden. Oznacza proporcje izotopów tlenu‑18 do tlenu‑16. Górne wartości ujemne oznaczają ciepło, a dolne wartości dodatnie oznaczają zimno. Na osi poziomej oznaczone lata przeszłości geologicznej w milionach. Nad osią nazwy jednostek geochronologicznych – prekambr, paleozoik, mezozoik, kenozoik. Dla prekambru inna skala czasowa, podziałka wyrażająca czas w milionach poprowadzona co tysiąc, dla pozostałych jednostek co pięćdziesiąt. Zmiana skali czasowej w punkcie wskazanym jako pięćset czterdzieści dwa miliony lat, następuje po niej era paleozoiczna. Na wykresie dwie linie, czerwona i zielona. Linia zielona zróżnicowana, częste wysokie wzrosty, duże spadki, duża amplituda – obrazuje zmiany krótkoterminowe. Ma swój początek w erze paleozoicznej, początkowo przybiera wartość około minus jeden, potem niecałe minus trzy, spada do dwóch i pół (450 milionów lat temu), wzrasta do około minus dwóch (około 370 milionów lat temu), opada do około jednego, wzrasta do minus trzech (około trzystu milionów lat temu), stopniowo opada do niespełna jednego (mezozoik), wzrasta do minus dwóch (sto milionów lat temu), następnie opada do około dwóch (kenozoik). Linia czerwona, łagodna – obrazuje zmiany długotrwałe. Na początku wykresu, w prekambrze, wartości przybierają około minus trzy i pół punktu, następnie linia wykresu opada do około jednego (dwa i pół tysiąca milionów lat temu), wznosi się (do około minus półtora, w przybliżeniu 1500 milionów lat temu, opada do około dwóch punktów, wznosi się na koniec prekambru do poziomu około minus pięciu dziesiątych. W okresach, gdy linie pokazują wahania w dół (do wartości około 1,5 punktu), na Ziemi występowały wielkie zlodowacenia. Dwa w paleozoiku (około 465 i 330 milionów lat temu), jedno w mezozoiku (około 150 milionów lat temu) i jedno w kenozoiku (mające swój początek około 50 milionów lat temu). Wartości między zlodowaceniami wahają się od około minus pięciu dziesiątych do nieco powyżej minus jednego punktu.

Nieustannie obserwujemy zmiany klimatyczne. Obecnie mamy dostęp do bardzo dokładnych danych, co wynika z zaawansowanej technologii pozwalającej oszacować klimat, jaki panował na Ziemi np. w paleozoiku.

Temperatura na Ziemi

RbWs0P8dp6HIu

Wykres liniowy przedstawiający analizę globalnej rocznej średniej anomalii temperatury powierzchni Ziemi w podziale na miesiące od 1880 roku. Na osi poziomej miesiące oznaczone cyframi rzymskimi. Na osi pionowej skala anomalii w stopniach Celsjusza w odniesieniu do średniej temperatury z okresu od tysiąc dziewięćset osiemdziesiątego do dwa tysiące piętnastego roku. Skala od minus czterech do plus trzech, co jeden. W lewym górnym rogu wykresu legenda z oznaczonymi kolorami linii, które zostały użyte na wykresie, od fioletowego, przez niebieski, odcienie zielonego, pomarańczowy, czerwony do różowego. Pierwsza linia dla roku tysiąc dziewięćset osiemdziesiątego, kolejne co dwadzieścia lat, z wyjątkiem ostatniej, dodatkowej, dla roku dwa tysiące dwudziestego trzeciego. Linie układają się w wyraźny wzór, dolna granica wyznaczona przez linię dla roku tysiąc osiemset osiemdziesiątego, górna dla roku dwa tysiące dwudziestego trzeciego. Przebieg pierwszej linii: od około minus trzech dla stycznia, następnie wzrasta do poziomu około 0,75 w lipcu, następnie spada do poziomo około minus trzech w grudniu. Linia dla roku dwa tysiące dwudziestego trzeciego ma analogiczny przebieg, o wartościach odpowiednio około minus jeden dla stycznia, 2,25 dla lipca i około minus jeden dla grudnia. Pozostałe linie między opisanymi, kolejne lata o coraz wyższych wartościach.

R1SgfYzn8tMGv

Wykres prezentujący anomalie temperatury powierzchni lądów i oceanów względem okresu od roku tysiąc osiemset pięćdziesiątego do roku dwa tysiące dwudziestego. Na osi pionowej podziałka prezentująca odchylenie średniej temperatury globalnej, poprowadzona co dwie dziesiąte stopnia Celsjusza, od minus dwóch dziesiątych do jednego i czterech dziesiątych stopnia. W lewym górnym rogu wykresu legenda z opisanymi kolorami linii, które zostały użyte do przedstawienia poszczególnych danych, to znaczy Cowtan i Way, Berkeley Earth, NOAAGlobalTemp, GISTEMP, JRA‑55, ERA5, HadCRUT5. Linie w zasadniczym stopniu pokrywają się, zanotowane są jedynie niewielkie odchylenia. Wartości do drugiej połowy lat siedemdziesiątych dziewiętnastego wieku oscylowały najczęściej wokół zera, następnie zanotowano wzrost do poziomu czterech dziesiątych tuż przed tysiąc osiemset osiemdziesiątym rokiem. Następnie, do lat dwudziestych dwudziestego wieku, wartości mieściły się w przedziale od dwóch dziesiątych do minus dwóch dziesiątych. Od lat dwudziestych rosną, od lat czterdziestych do końca lat siedemdziesiątych mieściły się w przedziale od około piętnastu setnych do około czterech dziesiątych stopnia. W kolejnych latach dynamiczny wzrost wartości, do poziomu około jednego i trzech dziesiątych stopnia w roku dwa tysiące dwudziestym.

RznzLpt2BF6Wr

Wykres liniowy prezentujący zmiany temperatury w podziale na półkulę południową i północną. Na osi poziomej lata, od roku tysiąc osiemset osiemdziesiątego do dwa tysiące dwudziestego. Na osi pionowej anomalie temperatury w stopniach Celsjusza w odniesieniu do średniej temperatury z okresu 1951‑1980. Skala od minus jeden do plus jeden i cztery dziesiąte, co dwie dziesiąte. W lewym górnym rogu legenda. Średnie roczne dla półkuli północnej oznaczone kolorem czerwonym linią ciągłą, średni przebieg linią przerywaną. Średnie roczne dla półkuli południowej oznaczone kolorem niebieskim linią ciągłą, średni przebieg linią przerywaną. Wartości dla półkuli południowej: od około zera w roku tysiąc osiemset osiemdziesiątym, do poziomu około niespełna minus trzech dziesiątych w latach trzydziestych, następnie wzrost do około dwóch dziesiątych na początku lat czterdziestych, następnie spadki do poziomu około minus jednej dziesiątej w roku siedemdziesiątym, następnie ciągłe wzrosty do około sześciu dziesiątych w roku dwa tysiące dwudziestym. Wartości dla półkuli północnej: podobny przebieg jak dla półkuli południowej, od roku dwutysięcznego większe wzrosty względem półkuli południowej, do poziomu około jeden i dwie dziesiąte w roku dwa tysiące dwudziestym.

2. Efekt cieplarniany

Obliczenia wskazują, że gdyby temperatura powietrza na Ziemi zależała wyłącznie od dawki promieniowania słonecznego, średnia temperatura byłaby o około 33°C niższa niż jest obecnie. Jest jednak inaczej ze względu na skład atmosfery i właściwości niektórych gazów, które ją budują: pary wodnej, dwutlenku węgla (${\text{CO}}_{\text{2}}$), ponadto metanu (${\text{CH}}_{\text{4}}$), podtlenku azotu (${\text{N}}_{\text{2}}\text{O}$), freonów (CFC) i innych. Nazywamy je gazami cieplarnianymi, a samo zjawisko zablokowania przez nie wypromieniowywania dochodzącej ze Słońca i odbijanej przez Ziemię energii – efektem cieplarnianym. Jest to zjawisko całkowicie naturalne.

Większa część emitowanego przez Słońce promieniowania krótkofalowego przechodzi przez atmosferę, ogrzewając powierzchnię Ziemi, a ta emituje ciepło w postaci promieniowania długofalowego. Gazy cieplarniane tego promieniowania nie przepuszczają, więc energia termiczna kumuluje się w atmosferze, podnosząc jej temperaturę.

Wyniki badań składu atmosfery pokazują, że w ostatnich kilkudziesięciu latach wyraźnie wzrosły stężenia ${\text{CO}}_{\text{2}}$, ${\text{CH}}_{\text{4}}$, ${\text{N}}_{\text{2}}\text{O}$ i freonów.

Efekt cieplarniany

R1IinTA9Khhh4

Na ilustracji schemat efektu cieplarnianego. U dołu powierzchnia kuli ziemskiej, powyżej atmosfera, słońce. Nad powierzchnią planety w postaci cienkiego jasnego łuku unosi się warstwa podpisana jako „gazy cieplarniane”. Z kierunku Słońca pada na powierzchnię Ziemi gruba wiązka promieni, po czym część z nich odbija się od powierzchni i kieruje się z powrotem do atmosfery. Przedstawiona jest również sytuacja, w której niektóre promienie trafiają na chmurę. Również w tym przypadku odbijają się od niej. Obok napis w ramce „Część promieniowania słonecznego odbija się od atmosfery i od powierzchni Ziemi, a potem rozprasza się w przestrzeni kosmicznej”. Większość wiązki promieni dociera do powierzchni planety. Obok napis w ramce „Większość promieniowania słonecznego przenika przez atmosferę i dociera do powierzchni Ziemi”. Po zetknięciu z Ziemią wiązka przybiera półprzezroczysty jasny kolor i biegnie dalej w prawą stronę równolegle do dolnego boku ilustracji. Obok napis w ramce „Nagrzana przez Słońce powierzchnia Ziemi wypromieniowuje ciepło z powrotem do atmosfery”. Ciepło emitowane przez podłoże zaprezentowano jasnobrązową wiązką, której większość po napotkaniu na warstwę gazów cieplarnianych, załamuje się i kieruje ponownie w kierunku Ziemi. Obok napis w ramce „Większość ciepłą wypromieniowanego przez powierzchnię Ziemi nie może przeniknąć przez gazy cieplarniane i pozostaje w atmosferze”. Pozostała część wiązki biegnie prosto do atmosfery. Obok niej napis w ramce „Niewielka część ciepła wypromieniowanego przez powierzchnię Ziemi przenika przez atmosferę i rozprasza się w kosmosie”.

R110uN0Lb6fk7

Na ilustracji cztery wykresy liniowe, prezentujące zmiany stężenia gazów cieplarnianych. Na poziomych osiach wykresów przedstawiono lata od roku tysiąc dziewięćset siedemdziesiątego piątego do roku dwa tysiące piętnastego. Przedstawiono dane dla dwutlenku węgla, podtlenku azotu, metanu i różnego rodzaju freonów. Na pionowej skali każdego z wykresów przedstawiono stężenie danego gazu – dla dwutlenku węgla stężenie podano w liczbie cząsteczek na milion (ppm), dla podtlenku azotu i metanu w liczbie cząsteczek na miliard (ppb), a dla freonów w liczbie cząsteczek na bilion (ppt). Wykresy dla pierwszych trzech gazów mają podobny kształt, wszystkie pną się ostro do góry. W przypadku dwutlenku węgla osiągnięto wzrost wartości od niespełna trzystu czterdziestu cząsteczek na milion na początku lat osiemdziesiątych do niespełna czterystu na końcu przedstawionego przedziału czasu. W przypadku podtlenku azotu – wartości wzrosły od około trzystu do trzystu dwudziestu pięciu cząsteczek na miliard, a w przypadku metanu – od niespełna tysiąca sześciuset do ponad tysiąca ośmiuset. Na ostatnim wykresie przedstawiono freony, cztery różne związki używane gównie jako ciecze chłodnicze. Dwa z nich wykazują tendencję rosnącą – HCF‑134a (wzrost od zera do osiemdziesięciu cząsteczek na bilion) oraz HCFC‑22 (wzrost od niecałych czterdziestu do około dwustu trzydziestu), a dwa malejącą w ostatnich latach – CFC‑11 (od niecałych stu pięćdziesięciu do około dwustu czterdziestu, po osiągnięciu szczytu w latach dziewięćdziesiątych, w których wartość wynosiła około dwieście osiemdziesiąt), CFC‑12 (od około dwustu osiemdziesięciu do około pięciuset dwudziestu, po osiągnięciu szczytu na początku wieku wartością niespełna pięciuset pięćdziesięciu).

Z zestawienia wykresów widać wyraźnie współwystępowanie silnego wzrostu temperatury powietrza na Ziemi, określanego jako globalne ocieplenie, ze wzrostem stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze. Stąd naukowcy wyciągnęli wniosek o współodpowiedzialności człowieka za wzmocnienie efektu cieplarnianego.

Głównym źródłem antropogenicznego dwutlenku węgla jest spalanie paliw kopalnych w elektrowniach, w procesach produkcyjnych, w środkach transportu i przy ogrzewaniu domów. Metan pochodzi głównie z rolnictwa – jest produktem procesu trawienia celulozy przez zwierzęta. Jego duże ilości powstają z rozkładającej się materii organicznej, na przykład na polach ryżowych lub wysypiskach śmieci. Istotne znaczenie w produkcji metanu ma także przemysł paliwowy. Związki azotu trafiają do gleby jako nawozy, a jeśli nie zostaną wykorzystane przez rośliny, to dostają się do atmosfery. Innym ich źródłem są odchody zwierząt.

3. Działania zapobiegawcze

Działania przeciwko zwiększonemu efektowi cieplarnianemu odbywają się na kilku poziomach.

Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) powstał już w 1988 roku z inicjatywy dwóch agend ONZ – Światowej Organizacji Meteorologicznej i Programu Środowiskowego ONZ. Zespół ten zbiera naukowe informacje o współczesnych zmianach klimatu opracowywane na podstawie badań naukowców i wolontariuszy z całego świata. Efektem ich pracy są publikowane co kilka lat obszerne raporty.

Protokół z Kioto to umowna nazwa międzynarodowego porozumienia przeciwdziałającego globalnemu ociepleniu. Choć podpisano go w 1997 roku, w życie wszedł w 2005 i wygasł w 2012. W tym samym roku podpisano jednak jego przedłużenie do 2020 roku. Państwa‑sygnatariusze zobowiązały się do redukcji emisji gazów cieplarnianych.

Protokół jest krytykowany za nieefektywność. Największy emitent – Stany Zjednoczone – nie ratyfikował protokołu, a inni, np. Chiny i Indie, nawet zwiększyli emisję w swoich krajach. Mimo tego protokół pozostaje jedynym tego typu dokumentem w skali globalnej.

W Unii Europejskiej w 2007 roku przyjęto strategię Europa 2020, której podstawą był pakiet energetyczno‑klimatyczny, znany jako pakiet 20‑20‑20. Jego celem było: zmniejszenie emisji ${\text{CO}}_{\text{2}}$ o 20% w porównaniu z poziomem z 1990 roku, zwiększenie udziału energii odnawialnej do 20% oraz zwiększenie efektywności energetycznej o 20%. Bardziej ambitne były nowe cele dla państw członkowskich wyznaczone w latach 2014‑2018 w ramach polityki klimatyczno‑energetycznej do roku 2030. Zakładają one: ograniczenie o co najmniej 40% emisji gazów cieplarnianych (w stosunku do poziomu z 1990 r.), zwiększenie do co najmniej 32% udziału energii ze źródeł odnawialnych w całkowitym zużyciu energii i zwiększenie o co najmniej 32,5% efektywności energetycznej.

Unia Europejska w dużej mierze osiągnęła cele pakietu 20‑20‑20. Według danych Eurostatu emisja gazów cieplarnianych w grupie UE‑27 w 2019 roku zmniejszyła się o 23% (planowane 20%) w porównaniu z rokiem 1990. Zwiększył się również udział odnawialnych źródeł energii – w 2019 roku wynosił 19,7% (planowane 20%). Jednak nie wszystkie państwa wspólnoty zrealizowały założone w pakiecie cele. Polska niestety nie zrealizowała celów związanych z redukcją emisji gazów cieplarnianych oraz ze zwiększeniem udziału odnawialnych źródeł energii zakładanych w pakiecie energetyczno‑klimatycznym.

Pakiet 20‑20‑20 i jego postanowienia miały być zrealizowane do 2020 roku. Nowe postanowienia w sprawie polityki klimatycznej, nazywane porozumieniami paryskimi, podpisane w 2015 roku przez 196 krajów podczas szczytu klimatycznego ONZ w Paryżu zakładają realizację nowych celów do 2050 roku. Postanowienia obejmują: osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2050 roku, ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o co najmniej 55% do 2030 roku w porównaniu z poziomem z 1990 roku, zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w całkowitej produkcji energii do co najmniej 32% do 2030 roku, poprawę efektywności energetycznej o co najmniej 32,5% do 2030 roku oraz wzmocnienie systemu handlu emisjami i zapewnienie, że unijna polityka klimatyczna jest spójna z celami porozumienia paryskiego.

W wielu krajach świata prowadzi się akcje edukacyjne mające uświadomić społeczeństwu konieczność i racjonalność indywidualnych działań na rzecz zapobiegania wzrostowi globalnego ocieplenia. Zmiany wprowadzone przez jedną osobę czy jedno gospodarstwo domowe mają znikomy wpływ, ale w skali państwa będą to wielkości znaczące, jeśli potrwają wiele lat.

Działania obejmują na przykład odłączanie od prądu nieużywanych ładowarek telefonicznych czy niepozostawianie urządzeń w trybie stand‑by. Zaleca się zwiększenie temperatury w lodówce i zmniejszenie jej w domu. Zachęca się do korzystania z oszczędzających energię technologii, np. pokrywania budynków skuteczną izolacją cieplną. Korzystanie z roweru lub komunikacji zbiorowej zamiast samochodu jest również jednym z działań zapobiegawczych. Kupowanie lokalnych produktów ogranicza transport i emisję spalin, w tym dwutlenku węgla i podtlenku azotu. Segregowanie śmieci, używanie zwrotnych opakowań ogranicza wielkość produkcji, a tym samym ilość wykorzystywanej energii.

Bardzo ważne jest przyjęcie tego typu zasad postępowania i zachęcanie innych do ich przyjęcia. Popularyzując działania odpowiedzialne klimatycznie, organizacje pozarządowe mogą wpływać na osoby podejmujące decyzje, co może z czasem doprowadzić do tego, że niektóre rozwiązania nabiorą mocy prawnej, również na poziomie międzynarodowym.

R1eBZlIGElD7e

Na zdjęciu znak drogowy. Napis zaparkuj i pojedź. Litera pe i autobus. W tle droga i las.

Podsumowanie

• Klimat podlega ciągłym zmianom.

• Efekt cieplarniany jest zjawiskiem naturalnym.

• Większość ekspertów uznaje odpowiedzialność człowieka za współczesne wzmocnienie efektu cieplarnianego.

• Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu, Protokół z Kioto, program 20‑20‑20 oraz porozumienia paryskie podpisane przez 196 krajów na klimatycznym szczycie ONZ w Paryżu to elementy strategii przeciwdziałających wzmocnieniu efektu cieplarnianego.

• Indywidualne działania w masowej skali też mogą być efektywne w przeciwdziałaniu wzmocnieniu efektu cieplarnianego.

Ćwiczenia