Bilans promieniowania Ziemi to stan równowagi między docierającą do naszej planety energią słoneczną a energią przez nią emitowaną (oddawaną). Średnia temperatura naszej planety zależy przede wszystkim od trzech czynników: stałej słonecznej (dopływu energii od Słońca, która średnio wynosi 1361 W/mIndeks górny 2²), albedoalbedoalbedo oraz efektu cieplarnianego.

RlRfJ5pBUqxHz

Ilustracja przedstawia bilans promieniowania Ziemi. Ilustrację podzielono na dwie części: promieniowanie krótkofalowe i długofalowe. W promieniowaniu krótkofalowym ze Słońca ze 100% - 27% jest zaabsorbowane przez atmosferę, 24% odbite przez chmury i atmosferę, 30% odbite, 43% zaabsorbowane przez podłoże, 6% odbite przez Ziemię. Promieniowanie długofalowe - z ziemi unosi się do atmosfery, z atmosfery trafia w przestrzeń pozaziemską, część promieniowania długofalowego pochłaniają gazy szklarniowe. Część służy ogrzewaniu podłoża i dolnych warstw atmosfery.

Jak już wiesz, dzięki obecności gazów cieplarnianych oraz innych zjawisk wymiany ciepła, np. konwekcji (zob. Wpływ efektu cieplarnianego na klimat Ziemi), średnia temperatura Ziemi jest o około 33°C wyższa i wynosi średnio 15°C (zamiast -18°C, gdyby pozbawić ją atmosfery). Aktywność słoneczna związana m.in. z ilością plam słonecznych od kilkudziesięciu lat spada, co powinno powodować ochładzanie się klimatu. Jednak tak się nie dzieje. Natężenie promieniowania modyfikują także zmiany kształtu orbity Ziemi, nachylenie osi ziemskiej względem płaszczyzny orbity oraz jej kierunku (tzw. cykle Milankovicia). Zmiany w bilansie promieniowania ziemskiego mogą być powodowane także przez inne czynniki naturalne, takie jak chociażby aktywność wulkaniczna – ta jednak dostarcza współcześnie ponad 100 razy mniej COIndeks dolny 2₂ niż działalność człowieka.

Nie będziemy w tym miejscu ani wracać za daleko w przeszłość, ani wybiegać za daleko w przyszłość. Skupimy się na tym, co współcześnie nazywamy zjawiskiem globalnego ocieplenia, które obserwujemy od 2. połowy XX wieku.

Prowadzone współcześnie badania nad klimatem dostarczają dowodów na to, że czynniki związane z działalnością człowieka są odpowiedzialne za zmiany temperatury naszej planety notowane w ostatnich latach. Od tzw. okresu przedprzemysłowego do lat 1981–2010 średnia temperatura przypowierzchniowych warstw atmosfery wzrosła o 0,7°C, zaś w 2015 roku pierwszy raz poziom ten przekroczył 1°C. To z kolei ma swoje odzwierciedlenie w obserwowanym topnieniu pokryw lodowych (w 2019 roku dokonano pierwszego w historii pogrzebu lodowca górskiego na Islandii) czy chociażby rosnącym poziomie mórz i oceanów. Obecnie czynniki naturalne, które sprzyjają ochładzaniu klimatu, jak np. bardzo niska aktywność słoneczna czy też wzrost koncentracji aerozoliaerozolaerozoli, które zwiększają powstawanie chmur niskich oraz albedo chmur wysokich, mają zdecydowanie mniejsze znaczenie w kształtowaniu temperatury atmosfery Ziemi. Wybrane czynniki, które mają potęgujący i osłabiający wpływ na efekt cieplarniany, przedstawiono w poniższej tabeli.

Dwutlenek węgla ma największy wpływ na globalne ocieplenie, ale nie jest gazem odgrywającym najistotniejszą rolę w efekcie cieplarnianym na Ziemi – średni wpływ pary wodnej to 75%, COIndeks dolny 2₂ – 20%, pozostałych gazów – około 5%.

Dynamicznie rosnący poziom dwutlenku węgla obserwuje się od 2. połowy XX wieku, co wiąże się z okresem wzrostu temperatury dolnych warstw troposfery.

R1e6EYwruScVv

Wykres przedstawia koncentrację dwutlenku węgla w atmosferze mierzoną na podstawie pęcherzyków powietrza uwięzionych w rdzeniach lodowych w kolejnych latach - od 1000 roku do 2000. W roku 1000 koncentracja dwutlenku węgla wynosiła 280 ppm i była dosyć stabilna do 1800 roku, w którym zaczęła rosnąć. Najpierw powoli do 1900 roku. Następnie gwałtownie w górę. W roku 2000 wynosiła 405 ppm.

Naturalnymi źródłami dostarczającymi węgiel do atmosfery są organizmy, które wydzielają dwutlenek węgla w procesie oddychania, rozkład materii organicznej, pożary czy wybuchy wulkanów. Stała ilość węgla w tzw. epoce przedprzemysłowej była możliwa dzięki zachowaniu równowagi pomiędzy dostawą węgla do atmosfery a jego depozycją (usuwanie węgla w procesie powstawania osadów, np. przez obumarłe organizmy morskie, których skorupki zbudowane są z węglanu wapnia). Oczywiście wciąż istnieje pewna ilość węgla niejako „uwięziona” w osadach morskich czy tzw. klatratach – strukturach, które swoją stabilność zawdzięczają wysokiemu ciśnieniu, które panuje pod powierzchnią ziemi i oceanów.

Równowaga obiegu węgla została zaburzona przez działalność człowieka, głównie za sprawą wydobycia i spalania paliw kopalnych (węgla, ropy, gazu) oraz intensywnego wylesiania. Część z tego wchłonięta została przez rośliny, a część zwiększyła zawartość gazu cieplarnianego – dwutlenku węgla – w ziemskiej atmosferze. Wzrost koncentracji COIndeks dolny 2₂ bezpośrednio wpłynął na wzrost pochłaniania tego gazu przez oceany.

Zanieczyszczenia powietrza powstające podczas procesów antropogenicznych i naturalnych są główną przyczyną powstawania kwaśnych deszczy.

Gazowe zanieczyszczenia powietrza, głównie tlenki siarki (IV), tlenki azotu oraz tlenki węgla (IV) łączą się z parą wodną zawartą w atmosferze, tworząc kwas, który dociera do powierzchni ziemi pod postacią suchego lub mokrego opadu. Opadem mokrym nazywamy deszcz, śnieg, grad czy mgłę. Opad suchy to opad wyżej wymienionych cząsteczek na glebę, rośliny, budowle i powierzchnię wód. Cząsteczki znajdujące się już na powierzchni łączą się z wodą, tworząc kwasy niszczące środowisko. Nad miastami i obszarami przemysłowymi występuje również kwas solny i siarkowodorowy.

Kwaśne opady przynoszą wyłącznie negatywne zmiany. Dotyczą one głównie środowiska naturalnego, a - jak wiadomo - jego zły stan wpływa na zdrowie człowieka. Najbardziej narażone na zanieczyszczenia kwaśnymi deszczami są gleby i wody powierzchniowe.

Gleby

RWOfA3rRWeTE91

Na zdjęciu są kominy fabryk. Unosi się z nich gęsty dym.

Są układem otwartym, bardzo podatnym na wpływ czynników zewnętrznych. Zakwaszanie ziemi przez opady jest bardzo niebezpieczne i działa degradująco. Zmiana odczynu środowiska glebowego następuje w momencie, gdy zawartość substancji zakwaszającej jest większa niż odporność gleby na zakwaszenieodporność na zakwaszenie odporność gleby na zakwaszenie. O zakwaszeniu gleb decydują również warunki meteorologiczne, częstotliwość nawożenia oraz zanieczyszczenie powietrza.

R1SzhCrqOxKfJ1

Na zdjęciu stoją pnie drzew pozbawione gałęzi lub z gałęźmi pozbawionymi liści. Drzewa są suche.

W zakwaszonych glebach znacznemu ograniczeniu ulega aktywność biologiczna bakterii i promieniowców. W konsekwencji korzystne procesy przemian związków azotu są hamowane. Najbardziej widoczną miarą skutków zakwaszenia gleb i działalności kwaśnych opadów są zmiany w szacie roślinnej. Szczególnie wrażliwe są lasy. Kwaśne opady zwiększają rozpuszczalność znajdujących się w glebie związków metali ciężkich. Rozpuszczone związki migrują w głębsze warstwy profilu glebowego i przedostają się do wód podziemnych, a później - powierzchniowych. Kwaśny opad zwiększa również zawartość azotanów, siarczanów i chlorków w glebach.

Wody powierzchniowe

RejItXK7AxM4S1

Zdjęcie przedstawia jezioro z liczną roślinnością w nim rosnącą.

Kwaśne opady mają bezpośredni i pośredni wpływ na wody powierzchniowe. Negatywny wpływ tego typu opadów uzależniony jest, podobnie jak w przypadku gleb, od możliwości buforujących zlewni i minerałów budujących koryto rzeki, strumienia czy zbiornika wodnego, a także od zakwaszenia okolicznych gleb. Bezpośredni wpływ mają opady trafiające wprost do wód powierzchniowych oraz spływy powierzchniowe czy spływy roztopowe niemające zbyt długiego kontaktu z ziemią. Wpływ bezpośredni kwaśnych opadów odnotowuje się tylko w przypadku małych zbiorników wodnych. Przy większych powierzchniach kontaktowych gleby czy skały macierzystej z wodą odnotowuje się już wpływ pośredni - związki chemiczne znajdujące się w glebie oddziałują na wodę. Gwałtowne zakwaszenie wód powierzchniowych zazwyczaj obserwuje się wiosną podczas trwania spływów roztopowych, które są silnie zanieczyszczone. Wody odbiornika przechodzą wtedy tzw. ,,szok roztopowy” - ich pH spada wówczas poniżej 3,0. Skutki zakwaszenia wód powierzchniowych i podziemnych chwieją równowagą biologiczną organizmów wyższych. Dlatego tak ważne jest zapobieganie zanieczyszczeniom.

R1ExGnh2ENgND1

Na zdjęciu jest pomnik anioła. Kolor pomnika jest zielonkawy oraz ma szare smugi.

Oprócz wpływu na środowisko naturalne, kwaśne deszcze wpływają również na środowisko antropogeniczne. Związki znajdujące się w kwaśnych opadach działają erozyjnie na fasady budynków (nieodwracalnie na te zbudowane z piaskowca, wapienia lub marmuru) czy metalowe konstrukcje. Kwaśne deszcze zmuszają ludzi do ciągłego inwestowania w odnowę i konserwację takich zabudowań. Niestety miasta to obszary najbardziej narażone na zanieczyszczone opady, gdyż są obiektami emitującymi najwięcej szkodliwych substancji.

Rozmiar szkód spowodowanych kwaśnymi opadami zależy głównie od emisji, a dokładniej - od jej wielkości. Najskuteczniejszym sposobem na zmniejszenie skali degradacji środowiska jest ograniczenie emisji zanieczyszczeń.

Skutki kwaśnych opadów są problemem globalnym. Działania zapobiegające im podejmuje się w skali globalnej. Poziom zanieczyszczeń w powietrzu nie jest indywidualną sprawą każdego z państw, ponieważ zanieczyszczenia bardzo często przemieszczają się wraz z wiatrem.

Od lat 80. XX wieku w Europie poziom zanieczyszczeń obniża się. W samej Polsce można zaobserwować znaczący spadek emisji tych zanieczyszczeń, które są bezpośrednią przyczyną kwaśnych opadów.

Słownik