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 2), albedoalbedoalbedo oraz efektu cieplarnianego.

RlRfJ5pBUqxHz
Bilans promieniowania Ziemi
Źródło: Englishsquare sp. z o.o., CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/. Oprac. na podstawie: K. Juda-Rezler, Oddziaływanie zanieczyszczeń powietrza na środowisko, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006, licencja: CC BY-SA 3.0.

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 2 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.

Czynniki wpływające na efekt cieplarniany

Czynniki potęgujące efekt cieplarniany

Czynniki osłabiające efekt cieplarniany

- wzrost stężenia gazów cieplarnianych

- spadek stężenia gazów cieplarnianych

- aerozole atmosferyczne (np. sadza, opadając na śnieg, pochłania światło słoneczne i przyspiesza jego roztapianie)

- aerozole atmosferyczne (aerozole siarczanowe będące składnikiem kwaśnych deszczy odbijają światło słoneczne)

- zmiana albedo terenu (spadek np. na skutek budowy asfaltowych dróg)

- wzrost albedo terenu

- wzrost zawartości ozonu w niskich warstwach atmosfery (np. na skutek wydobycia gazu ziemnego i ropy naftowej przy powierzchni zachodzą reakcje chemiczne zwiększające ilość ozonu w atmosferze)

- spadek zawartości ozonu w wysokich warstwach atmosfery, czyli w stratosferze (powstawanie tzw. dziury ozonowej na skutek reakcji związanych z emisją freonów)

- deforestacja lasów (wzrost zawartości COIndeks dolny 2)

- rozwój biomasy roślinnej

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 2 – 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
Koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze mierzona na podstawie pęcherzyków powietrza uwięzionych w rdzeniach lodowych
Źródło: Oprac. na podstawie M. Popkiewicz, A. Kardaś, S. Malinowski, Nauka o klimacie, Wydawnictwo Sonia Draga, Wydawnictwo Nieoczywiste, Warszawa 2019.

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 2 bezpośrednio wpłynął na wzrost pochłaniania tego gazu przez oceany.

bg‑gray3

Kwaśne opady

bg‑gray2

Powstawanie kwaśnych opadów

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

Źródła zanieczyszczeń

Naturalne

Antropogeniczne

Pożary lasów

Przemysł i energetyka

Wyładowania atmosferyczne

Rolnictwo

Wybuchy wulkanów

Transport

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.

bg‑gray2

Skutki kwaśnych opadów

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 glebywody powierzchniowe.

Gleby

RWOfA3rRWeTE91
Kominy fabryk przemysłowych emitują substancje przyczyniające się do powstawania kwaśnych opadów.
Źródło: dostępny w internecie: Obraz Pixource z Pixabay.

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
Drzewa zdegradowane kwaśnym opadem
Źródło: dostępny w internecie: Obraz Kerstin Riemer z Pixabay.

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
Woda jeziorna o pH niższym niż 3
Źródło: dostępny w internecie: https://zaborskipark.pl/przyroda-6/wody-2/jeziora-1/jeziora-dystroficzne-2/.

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
Pomnik zniszczony kwaśnym deszczem
Źródło: dostępny w internecie: Obraz Thomas G. z Pixabay.

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.

bg‑gray2

Jak zapobiegać kwaśnym opadom?

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.

Polecenie 1

Uzupełnij mapę myśli dodatkowymi sposobami, które mogą zapobiegać powstawaniu kwaśnych opadów.

R1d4bTfxeJokm
(Uzupełnij).
R1AtuKKLMMvPp1

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.

R4CvsVXnf5amW
Wykres kolumnowy. Lista elementów:
  • 1. zestaw danych:
    • Związek chemiczny: Dwutlenek siarki
    • Rok 2016: 260089; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2017: 243539; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2018: 217341; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2019: 179343; Podpis osi wartości: Tony
  • 2. zestaw danych:
    • Związek chemiczny: Tlenki azotu
    • Rok 2016: 239548; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2017: 229635; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2018: 204149; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2019: 188137; Podpis osi wartości: Tony
  • 3. zestaw danych:
    • Związek chemiczny: Tlenek węgla
    • Rok 2016: 336203; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2017: 344973; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2018: 327423; Podpis osi wartości: Tony
    • Rok 2019: 293471; Podpis osi wartości: Tony
Emisja zanieczyszczeń powietrza z zakładów uciążliwych w latach 2016–2019
Źródło: Bank Danych Lokalnych GUS.

Słownik

aerozol
aerozol

cząstki stałe lub płynne niewielkich rozmiarów, unoszące się w atmosferze, np. sadza, pyły mineralne, smog

albedo
albedo

wielkość, która wskazuje, jaka część promieniowania padającego ulega odbiciu (wartości wahają się od 0 – promieniowanie nie zostaje odbite – do 1 – całe promieniowanie padające ulega odbiciu)

odporność na zakwaszenie 
odporność na zakwaszenie 

w zależności od typu i rodzaju gleby jest to możliwa przyswajalna ilość substancji zakwaszających, która nie przekracza możliwości buforującej gleby

ppm
ppm

ang. particles per milion, koncentracja gazów w atmosferze wyrażona w cząsteczkach na milion cząsteczek powietrza