Przeczytaj

bg‑red

Efekt cieplarniany (szklarniowy)

Efekt cieplarniany to naturalny proces zatrzymywania ciepła blisko powierzchni Ziemi dzięki gazom cieplarnianym. Zjawisko to umożliwia utrzymywanie temperatury pozwalającej na istnienie życia na naszej planecie.

RZJaGCLr95jc61
Ilustracja przestawia rodzaje promieniowania. W centrum schematu znajduje się słońce, od którego biegną promienie, przenikając przez atmosferę ziemską, chmury i docierając do powierzchni Ziemi. To promieniowanie słoneczne. W drugiej części schematu, po tym jak promienie słoneczne dotrą do powierzchni Ziemi, widoczne są promienie cieplne. Te biegną w kierunku od powierzchni Ziemi ku parze wodnej zawartej w atmosferze. To promieniowanie cieplne Ziemi. W trzeciej części schematu widoczne jest promieniowanie zwrotne. Po tym jak promienie cieplne dotrą do pary wodnej w atmosferze, odbijają się od niej i zaczynają biec z powrotem w kierunku powierzchni Ziemi. To promieniowanie zwrotne. Poszczególne rodzaje promieniowania zostają zatrzymane również przez gazy cieplarniane, które znajdują się w atmosferze. Są to metan i dwutlenek węgla.
Do atmosfery bezustannie dopływa energia słoneczna, która częściowo jest odbijana przez chmury, lecz resztę pochłania Ziemia, przez co wzrasta temperatura jej powierzchni. Ogrzany ląd i woda emitują promieniowanie podczerwone, które jest odbijane przez cząsteczki gazów w atmosferze w kierunku Ziemi oraz w niewielkim stopniu w kosmos (promieniowanie zwrotne). Gazy cieplarniane – działając jak szyba w szklarni – zatrzymują ciepło, co sprawia, że średnia temperatura powietrza wynosi ok. 15°C, a nie −18°C (tyle by wynosiła bez ochronnej powłoki gazów cieplarnianych).
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Gazy cieplarniane

Najważniejszym – i dominującym ilościowo – składnikiem atmosfery wpływającym na efekt cieplarniany jest para wodna. Jednak ze względu na to, że jej koncentracjakoncentracjakoncentracja jest warunkowana równowagą między opadem a parowaniem, co nie ma bezpośredniego związku z działalnością człowieka, przy ocenie efektu cieplarnianego pomija się jej wpływ. Za najefektywniejsze gazy cieplarniane uważa się dwutlenek węgla (COIndeks dolny 2), metan, tlenek diazotu (NIndeks dolny 2O) i freonyfreonyfreony (CFC).

Zwiększenie zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze powoduje podniesienie się temperatury oraz zwiększenie parowania, co z kolei skutkuje wzrostem zawartości pary wodnej w atmosferze. Para wodna w atmosferze potęguje efekt wywołany nadmierną koncentracją COIndeks dolny 2, czyli wzmacnia efekt cieplarniany. Jest to przykład dodatniego sprzężenia zwrotnego.

Dwutlenek węgla (COIndeks dolny 2)

Pochodzi głównie ze spalania paliw kopalnych i produkcji cementu. Dodatkowo emisja COIndeks dolny 2 zwiększa się wskutek wypalania lasów i erozji gleby (gaz ten jest pochłaniany przez rośliny w procesie fotosyntezy). Jego ilość w atmosferze znacząco wzrosła w ciągu ostatnich 50 lat.

Metan

To gaz naturalnie powstający w procesach mikrobiologicznych, takich jak gnicie i fermentacja (np. w układzie pokarmowym u przeżuwaczy i termitów, na bagnach i polach ryżowych, na wysypiskach) – są to główne źródła jego emisji do atmosfery. Również spalanie paliw kopalnych i biomasy powoduje uwolnienie dużych ilości metanu.

Tlenek diazotu (NIndeks dolny 2O) (tlenek azotu (V))

Tlenek diazotu (NIndeks dolny 2O) jest produktem denitryfikacjidenitryfikacjadenitryfikacji, prowadzonej przez bakterie żyjące w glebie i wodzie. Powstaje również w wyniku topnienia wiecznej zmarzliny w Arktyce. We wzroście emisji tego gazu ma udział używanie nawozów azotowych i spalanie paliw kopalnych.

Inne gazy

Inne gazy to głównie freony (CFC), używane np. w chłodziarkach, aerozolach czy klimatyzacji samochodowej. Zgodnie z ustaleniami protokołu montrealskiego z 1987 r. zrezygnowano z ich produkcji, jednak z powodu długiego średniego czasu przebywania w atmosferze (od kilkudziesięciu do kilkaset lat) koncentracja tych związków wciąż utrzymuje się na wysokim poziomie.

Poniższa tabela zawiera porównanie potencjału cieplarnianego gazów (jest to wskaźnik służący do oceny wpływu danej substancji na efekt cieplarniany).

Nazwa gazu

Potencjał cieplarniany (GWP) w porównaniu z COIndeks dolny 2 (w ciągu 100 lat)

dwutlenek węgla (COIndeks dolny 2)

1

metan (CHIndeks dolny 4)

28

tlenki azotu (NOIndeks dolny x)

265

chlorofluorowęglowodory (freony) CFC‑11, CFC‑12

4 600–10 200

Na podstawie: T.J. Blasing, Recent Greenhouse Gas ConcentrationsIndeks górny , CDIAC 2016. Indeks górny koniec

Jak wynika z danych przedstawionych w tabeli, największy potencjał cieplarniany mają freony.

R18CdLLYDU3Ht1
Wykres przedstawia wartości wskaźnika A G G I, czyli rocznego indeksu gazów cieplarnianych w zależności od wymuszania radiacyjnego na przestrzeni lat od 1979 do 2017. Wymuszenie radiacyjne jest przedstawione w jednostkach Wat na metr kwadratowy. Współczynnik A G G I, czyli roczny Indeks gazów cieplarnianych dla dwutlenku węgla, w roku dwa tysiące osiemnastym wyniósł najwyższą wartość oznaczoną na wykresie 1,43. Na wykresie przedstawiono roczny Indeks gazów cieplarnianych dla kilku ich rodzajów. Spośród przedstawionych gazów cieplarnianych najbardziej dynamiczny wzrost zarówno wymuszania radiacyjnego, jak i rocznego indeksu gazów cieplarnianych zanotowano dla dwutlenku węgla. W 1979 r. wymuszenie radiacyjne dla dwutlenku węgla wynosiło około 1,6, natomiast wskaźnik A G G I wynosił 0,83. Z kolei w 2017 r. wymuszenie radiacyjne dla dwutlenku węgla wynosiło 3,0, natomiast wskaźnik A G G I 1,4. W 1979 r. wymuszenie radiacyjne dla metanu wynosiło 0,6, natomiast wskaźnik A G G I wynosił 0,4. W 2017 r. wymuszanie radiacyjne dla metanu wynosiło 1, natomiast wskaźnik A G G I wynosił 0,45. W 1979 r. wymuszenie radiacyjne dla tlenku diazotu wynosiło 0,25, natomiast wskaźnik A G G I wynosił 0,2. W 2017 r. wymuszenie radiacyjne dla tlenku diazotu wynosiło 0,5, natomiast wskaźnik A G G I wynosił 0,22. W 1979 r. Wymuszanie radiacyjne dla freonu wyniosło 0,15, natomiast wskaźnik A G G I  wynosił 0,18. W 2017 r. wymuszanie radiacyjne dla freonu wyniosło 0,3, natomiast wskaźnik A G G I wynosił 0,18. W 1979 r. wymuszanie radiacyjna dla freonu – 11 wyniosło 0,1, natomiast wskaźnik A G G I  wynosił 0,02. W 2017 r. wymuszenie radiacyjne dla freonu – 11 wyniosło 0,15, natomiast wskaźnik A G G I  wynosił 0,05.
Wskaźnik AGGI (annual greenhouse gas index – roczny wskaźnik emisji gazów cieplarnianych) nie określa, jak bardzo klimat się ociepli, ale jego wzrost wskazuje na potencjał cieplarniany gazów w atmosferze. Obliczenia AGGI oraz pomiary stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze prowadzi NOAA – amerykańska instytucja rządowa zajmująca się prognozowaniem pogody. Stan na rok 1990 przyjęto jako bazowy.

Wymuszanie radiacyjne to różnica między promieniowaniem cieplnym przyjętym przez powierzchnię Ziemi a promieniowaniem odbitym w kosmos. Wartość dodatnia oznacza, że Ziemia otrzymuje więcej ciepła, niż oddaje. Największą wartość wymuszania radiacyjnego, czyli największy wpływ na zmianę bilansu promieniowania w atmosferze, wykazuje dwutlenek węgla.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑red

Globalne ocieplenie

Średnią temperaturę powierzchni Ziemi w połowie XIX w. (przed rewolucją przemysłową) przyjęto jako temperaturę wyjściową do określenia amplitudy zmian. W połowie XX w. wzrosła ona średnio o 0,5°C, a w ciągu ostatnich 15 lat – już o ok. 1°C. Ten długoterminowy trend wzrostu temperatury nazwano globalnym ociepleniem. Jest on dodatnio skorelowanykorelacjaskorelowany ze wzrostem koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze. Naukowcy przewidują, że jeśli nie zredukujemy emisji gazów cieplarnianych, to w roku 2030 wzrost średniej temperatury na Ziemi wyniesie 1,5°C, a pod koniec naszego wieku – nawet 4°C. Podczas konferencji klimatycznej w Paryżu w 2015 r. 195 państw (w tym Polska) przyjęło prawne zobowiązanie do ograniczenia globalnego ocieplenia poniżej 2°C (optymalnie 1,5°C) ponad poziom preindustrialnypreindustrialny, przedprzemysłowypreindustrialny.

RFATNR1sUAsoF1
Wykres przedstawia temperaturę globalną roczną oraz pięcioletnią. Na osi Y oznaczono wartości anomalii temperatury w stopniach Celsjusza. Na osi X oznaczono lata od 1860 r. do 2000 r. Z podziałką co 20 lat. 1860 r. średnia roczna anomalia temperatury wynosiła -0,4 stopnie Celsjusza. W 1880 roku Średnia roczna anomalia temperatury wynosiła 0,8 stopni Celsjusza. W kolejnych latach Średnia roczna anomalia temperatury rosła i w 1980 roku wyniosła 0,3 stopni Celsjusza. W 2000 r. średnia roczna anomalia temperatury wyniosła 0,5 stopnie Celsjusza.
Średnie zmiany (odchylenia) temperatury powietrza w latach od 1850 do 2007. Jeszcze w 2007 r. temperatura globalna była wyższa od średniej o ok. 0,5°C, a w 2013 r. wzrost wynosił już 0,85°C.
Źródło: Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑red

Skutki globalnego ocieplenia

Jakie skutki dla życia na Ziemi będzie miał wzrost temperatury o 1,5°C lub więcej? Nasilone zostaną następujące zjawiska:

  • fale upałów – już ich doświadczamy, a mogą być częstsze i dłuższe; są jedną z przyczyn degradacji glebydegradacja glebydegradacji gleby i zmniejszenia produkcji rolnej;

  • niedobory wody pitnej – w Polsce mamy obecnie ujemny bilans wodnybilans wodnybilans wodny;

  • nasilenie rozkładu materii w glebie, co wiąże się z większą emisją dwutlenku węgla i metanu; metan będzie także szybciej wydzielany z podoceanicznych złóż hydratówhydratyhydratów (zimny wyciekzimny wyciek, zimny wysiękzimny wyciek);

  • ocieplenie i zakwaszenie mórz – już wpływa na zmniejszenie połowów ryb i degradację ponad 70% raf koralowych;

  • wzrost poziomu mórz i oceanów, spowodowany topnieniem lądolodów i lodowców oraz rozszerzalnością cieplnąrozszerzalność cieplnarozszerzalnością cieplną wody;

  • efekt albedoalbedoefekt albedo – większa powierzchnia wody pochłonie więcej ciepła (zmniejszy się biała powierzchnia: śniegu i lodu), co nasili ogrzewanie powietrza;

  • wymieranie gatunków, w wyniku znikania lub przekształcania się ekosystemów klimatu zimnego i umiarkowanego.

W systemie klimatycznym występują punkty krytyczne, których przekroczenie prowadzi do głębokiej i trwałej zmiany.

R1JArqNp8RxZ91
Wykres przedstawia różne scenariusze skutków zmian klimatu, zależnych od temperatury powierzchni Ziemi. Oś x opisana jest jako rok, rozpoczyna się od 20 000 lat temu, a kończy oznaczeniem roku 2500. Oś y opisana jest jako zmiana temperatury w stopniach Celsjusza, rozpoczyna się od wartości -2, a kończy na wartości 8. Dla poszczególnych wartości osi y oznaczone zostały w postaci prostokątów o barwie stopniowo zmieniającej się od jasnożółtej do czerwonej progi przekroczenia punktów krytycznych dla danych struktur. Przy ociepleniu temperatury o 2 stopnie Celsjusza względem poziomu przedprzemysłowego próg krytyczny osiągany jest dla raf koralowych, lodu letniego w Afryce, lodowców alpejskich oraz lądolodu Grenlandii. Przy wzroście o 4 stopnie Celsjusza względem poziomu przedprzemysłowego próg krytyczny osiągany jest dla lądolodu Antarktydy Zachodniej, Amazonii, tajgi, cyrkulacji termohalinowej i sahelu. Przy wzroście o 6 stopnie Celsjusza względem poziomu przedprzemysłowego próg krytyczny osiągany jest dla ENSO czyli cyklicznych zmian temperatury oceanu i wiatrów: ciepłego El Niño i chłodnej La Niñy. Najbardziej odporne na wzrost temperatury jest lądolód Antarktydy Wschodniej, zmarzlina oraz lód zimowy w Afryce, ponieważ nie osiągają punktu krytycznego nawet przy wzroście temperatury o 8 stopni. Oznaczone są również wykresy zmian temperatury dla poszczególnych RCP (modeli klimatu opartych na koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze). Dla RCP2.6 temperatura w roku 2500 w porównaniu do roku 2000 zmniejszy się o około 0,5 stopnia, dla RCP4.5 zwiększy się o około 1 stopień, dla RCP6.0 zwiększy się o około 2 stopnie, a dla RCP8.5 zwiększy się o około 7 stopni.
Różne scenariusze skutków zmian klimatu, zależnych od temperatury powierzchni Ziemi.

Niebieska linia przedstawia zmiany średniej temperatury powierzchni ziemi od maksimum ostatniego zlodowacenia (20 000 lat temu). Prostokąty pokazują progi przekroczenia punktów krytycznych ziemskiego klimatu przy ociepleniu o 2ºC: żółte – możliwe przekroczenia progów punktów krytycznych ziemskiego klimatu, czerwone – pewne przekroczenie progów punktów krytycznych. ENSO – cykliczne zmiany temperatury oceanu i wiatrów: ciepły El Niño i chłodna La Niña. RCP to Representative Concentration Pathways – modele klimatu oparte na koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze; RCP8.5 to „biznes-jak-zwykle”, czyli najgorszy możliwy scenariusz, jeśli nie ograniczymy emisji dwutlenku węgla.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑red

Co możesz zrobić dla ochrony klimatu?

Każdy z nas jest odpowiedzialny za emisję dwutlenku węgla (COIndeks dolny 2), związaną z trzema dziedzinami życia: mieszkaniem, zakupami i transportem. Wszyscy też możemy wprowadzić następujące zmiany w codziennym zachowaniu, by zmniejszyć skutki globalnego ocieplenia:

  • ograniczenie zużycia prądu i wody;

  • zmniejszenie zużycia paliw kopalnych – korzystanie z transportu publicznego, wybór samochodu o małym zużyciu paliwa, zmiana sposobu ogrzewania domu na mniej emisyjny (np. zamontowanie wymienników ciepła, założenie ogrzewania gazowego), zmniejszenie strat ciepła w budynku;

  • zmiana nawyków konsumenckich – kupowanie tylko tego, co niezbędne (produkcja i transport każdego towaru wiążą się ze zużyciem zasobów naturalnych i emisją COIndeks dolny 2).

Słownik

albedo
albedo

wielkość charakteryzująca zdolność odbijania promieni przez daną powierzchnię

bilans wodny
bilans wodny

równanie przedstawiające obieg wody, którego składowe wyrażają zmiany ilości wody w czasie w danym miejscu; zwykle jest zrównoważony (tyle samo wody paruje, co opada); bilans ujemny występuje, gdy więcej wody jest wyczerpywane i zużywane, niż wraca do obiegu

hydraty
hydraty

substancje, które mają cząsteczki wody wbudowane w oczka sieci krystalicznej

degradacja gleby
degradacja gleby

pogorszenie jej właściwości fizycznych (np. zniszczenie struktury), chemicznych (np. zmiana kwasowości) i biologicznych (np. zmniejszenie ilości próchnicy), co ujemnie wpływa na żyzność i zasobność gleby

denitryfikacja
denitryfikacja

typ oddychania beztlenowego niektórych gatunków bakterii, w którym ostatecznym akceptorem elektronów są azotany(V) lub azotany(III) (azotyny)

freony
freony

nazwa handlowa związków chloru, fluoru i węgla (chlorofluorowęglowodorów – CFC); są nietoksyczne i niepalne; mają długą żywotność w atmosferze

koncentracja
koncentracja

stężenie; zawartość jakiegoś składnika w jednostce objętości lub masy

korelacja
korelacja

współzależność, wzajemne powiązanie; dodatnia, jeśli jedno zjawisko nasila inne; ujemna, gdy wzrost jednej wartości powoduje spadek drugiej

maksimum ostatniego zlodowacenia (LGM)
maksimum ostatniego zlodowacenia (LGM)

okres najniższych temperatur i największego obszaru lądolodu podczas ostatniego okresu glacjalnego

preindustrialny, przedprzemysłowy
preindustrialny, przedprzemysłowy

okres przed rozwojem gospodarki opartej na paliwach kopalnych

promieniowanie podczerwone, podczerwień
promieniowanie podczerwone, podczerwień

(ang. infrared, IR) część promieniowania elektromagnetycznego o długich falach (od 780 nm do 1 mm); promieniowanie cieplne

radiacja
radiacja

(łac. radiolus – promyczek) promieniowanie; w fizyce emisja energii w postaci fal elektromagnetycznych lub cząstek o dużej energii

zimny wyciek, zimny wysięk
zimny wyciek, zimny wysięk

strefa dna morskiego, w której przez szczeliny skorupy ziemskiej ze złóż powoli wydostają się do wody np. ropa naftowa lub metan

rozszerzalność cieplna
rozszerzalność cieplna

zależność objętości cieczy lub gazu od temperatury: im wyższa temperatura, tym większa objętość; woda wykazuje anomalię: przy wzroście temperatury od 0°C do 4°C jej objętość maleje, czyli w temperaturze 4°C woda ma największą gęstość

Wprowadzenie
Grafika interaktywna