Efekt cieplarniany – jak grillujemy świat

0
506

O niekorzystnym dla środowiska efekcie cieplarnianym słyszał każdy. Tymczasem efekt cieplarniany jest zjawiskiem naturalnym i potrzebnym. Nie dość, że w mechanizmie swego działania nie zawiera niczego szkodliwego, jego obecność jest wręcz niezbędna dla prawidłowego funkcjonowanie ekosystemu każdej planety otoczonej atmosferą. Zapewnia bowiem warunki dla rozwoju organizmów żywych – wszystko dzięki procesom utrzymującym temperaturę w odpowiednim, sprzyjającym życiu zakresie. Jak zatem mechanizmy, które są jednym z gwarantów rozwoju życia, mogą temu życiu szkodzić? Okazuje się, iż problemem nie jest tutaj sam mechanizm (jak mogłoby się wydawać gdy słyszymy o jego zgubnym wpływie), lecz wysokie wartości czynników rzutujących na jego funkcjonowanie.

Skład atmosfery ulega zmianom. A w rezultacie zmieniających się warunków środowiskowych, jak utrzymuje miażdżąca większość klimatologów, otrzymujemy wzrost średniej temperatury globalnej. Wzrost ten, nie będąc generowany w sposób naturalny, w przeważającej mierze okazuje się być wynikiem działalności człowieka i obarczony jest negatywnymi dla środowiska konsekwencjami.

Mechanizm efektu cieplarnianego

Proces rozpoczyna się absorpcją energii słonecznej przez powierzchnię Ziemi. Pochłonięte ciepło ogrzewa ją, zaś nagromadzona energia wypromieniowana zostaje w postaci tzw. emisji wtórnej. Wysoka temperatura Słońca powoduje, że emitowane przez nie promieniowanie charakteryzuje niewielka długość fali (promieniowanie krótkofalowe). Powierzchnia Ziemi jest jednak znacznie chłodniejsza od Słońca, co sprawia, iż jej promieniowanie występuje w postaci fal o nieco większej długości (promieniowanie podczerwone). Ma ono mniejszą zdolność przenikania, co powoduje iż jedynie część energii wydostaje się poprzez warstwę atmosfery uchodząc w przestrzeń kosmiczną (tzw. okna promieniowania). Duża część energii zostaje jednak pochłonięta, podnosząc temperaturę dolnych warstw atmosfery i powierzchni planety w porównaniu do poziomów, które występowałyby gdyby nie było atmosfery.

Szacunkowe obliczenia wskazują, iż w przypadku braku atmosfery (całkowite wypromieniowanie w Kosmos energii słonecznej) średnia temperatura przy powierzchni Ziemi byłaby ustabilizowana na poziomie -19 stopni Celsjusza. W przypadku zaś całkowitej absorpcji poziom ten wynosiłby +29 stopni. Obecnie średnia temperatura przy powierzchni oscyluje wokół +14.9 stopnia, co potwierdza fakt częściowego pochłaniania energii pochodzącej z emisji wtórnej. Oczywiście takie modele stanowią jedynie przybliżenie i są uproszczeniem zachodzących zjawisk; nie uwzględniają wpływu innych czynników kształtujących temperaturę, jak np. zróżnicowanego stopnia odbicia światła od śniegu czy chmur. Wskazują jednak na bardzo istotną rolę atmosfery w procesie kształtowania średniej globalnej temperatury na Ziemi.

Gazy cieplarniane

Główną rolę w procesie stabilizacji temperatury pełnią określone komponenty atmosfery, tzw. gazy cieplarniane. Gazy cieplarniane przepuszczają większość docierającego do planety elektromagnetycznego promieniowania słonecznego. Jednak to ich właściwości powodują, iż promieniowanie podczerwone emisji wtórnej z trudem przenika przez warstwy atmosfery, będąc w dużej mierze pochłaniane – zintensyfikowane drgania cząstek gazów cieplarnianych wywołane przez odpowiedni zakres promieniowania podgrzewają atmosferę Ziemi, przy czym im więcej atomów znajduje się w cząsteczce gazu, tym większe możliwości drgań struktury.

Za wzrost temperatury, czyli tzw. globalne ocieplenie, bezpośrednio odpowiedzialnym czyni się na ogół podwyższony poziom dwutlenku węgla. I słusznie, choć nie jest to jedyny winowajca. Należy zaznaczyć, iż rola danego gazu w efekcie cieplarnianym (potencjał tworzenia efektu cieplarnianego) zależy od dwóch czynników: jego zdolności pochłaniania promieniowania podczerwonego, oraz czasu utrzymywania się w powietrzu (ilości danego gazu w atmosferze). I stąd właśnie tak istotna rola dwutlenku węglą w omawianym procesie – choć jego możliwości absorpcyjne są dużo mniejsze niż w przypadku innego gazu cieplarnianego, metanu, to jednak wysokie stężenie CO2 jest tutaj czynnikiem zasadniczym. Wśród zidentyfikowanych gazów mających większy lub mniejszy wpływ na regulację temperatury na Ziemi należy wymienić także ozon, podtlenek azotu oraz gazy przemysłowe (freony, perfluorowęglowodory czy sześciofluorek siarki).

Emisja gazów cieplarnianych wykazuje istotny wzrost od połowy XIX wieku. Powodem jest intensyfikacja działań człowieka, związana głównie ze spalaniem paliw kopalnych. Oczywiście obecność pewnej ilości gazów cieplarnianych w atmosferze jest wynikiem procesów naturalnych, jednak działalność przemysłowa ma obecnie rozstrzygający wpływ. I to ona odpowiada za wzrost średniej temperatury na Ziemi (poglądów reprezentowanych przez senatora Jamesa Inhofe z Oklahomy, uznającego za przejaw arogancji wiarę w możliwość wpływu człowieka na zjawiska klimatyczne w kontekście Bożej obietnicy złożonej Noemu, nie będziemy komentować). Wśród głównych stymulatorów efektu cieplarnianego figurują:

Para wodna

Największy udział w powstawaniu ziemskiego efektu cieplarnianego ma para wodna. Jej obecność w atmosferze w niewielkim stopniu związana jest jednak z działalnością człowieka, a wynika głównie z naturalnych procesów hydrologicznych.

Dwutlenek węgla

Jak już wspomniano, głównym winowajcą odpowiedzialnym za negatywny wpływ efektu cieplarnianego i będącym w dużej mierze produktem ludzkiej aktywności jest dwutlenek węgla. Jego krytyczna ilość w atmosferze jest efektem rozwoju wielu gałęzi przemysłu (wydobycie paliw kopalnych, ich spalanie i masowa produkcja dóbr), motoryzacji, czy wyrębu oraz wypalania lasów.

Metan

Drugim na liście antropogenicznych udziałowców w kreowaniu efektu cieplarnianego jest metan, owoc bakteryjnych procesów gnilnych szczątków roślinnych i zwierzęcych, beztlenowego rozkładu odchodów oraz spalania substancji organicznych. Ponadnormatywny wzrost metanu w atmosferze związany jest m.in. z działalnością przemysłu wydobywczego (metan to główny składnik gazu ziemnego, uwalniany także wraz z wydobyciem węgla kamiennego i ropy naftowej), przemysłową hodowlą bydła oraz funkcjonowaniem wysypisk odpadów organicznych.

​​Podtlenek azotu

Kolejną pozycję na liście związków mających wpływ na efekt cieplarniany zajmuje podtlenek azotu. Przedostaje się do atmosfery poprzez emisję gazów spalinowych generowanych w przemyśle energetycznym, transporcie oraz produkcji i wykorzystaniu nawozów sztucznych.

​​Ozon

Ozon występujący w niższych warstwach atmosfery (w wysokiej stratosferze jest niezbędny, stanowiąc zaporę dla szkodliwego promieniowania UV) przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego na poziomie gwarantującym mu obecnie pozycję w dolnej części rankingu omawianych gazów. Powstaje on podczas reakcji chemicznych związków generowanych w efekcie spalania (tlenki azotu, tlenek węgla, węglowodory uwalniane poprzez układy wydechowe silników samochodowych czy fabryczne kominy)​ przy współudziale promieniowania świetlnego (zwłaszcza ultrafioletowego).

​​Gazy fluorowane

​​Kolejne na liście są fluorowane gazy cieplarniane. HFC (wodorofluorowęglowodory), SF6 (sześciofluorek siarki), PFC (perfluorowęglowodory) oraz CFC (chlorofluorowęglowodory zwane freonami) to jedyne gazy cieplarniane, które nie występują naturalnie. Powstają w efekcie działania przemysłu i w krajach uprzemysłowionych stanowią nawet 1,5% wszystkich uwalnianych do atmosfery gazów cieplarnianych. Charakteryzują się niezwykle wysoką efektywnością w procesie pochłaniania ciepła (nawet 22 tysiące razy wyższą niż dwutlenek węgla), oraz bardzo długą żywotnością w atmosferze (nawet dziesiątki tysięcy lat). Wykorzystywane są w instalacjach chłodniczych, jako gaz napędowy pojemników ciśnieniowych, do odtłuszczania systemów klimatyzacyjnych oraz przy produkcji spienionych tworzyw sztucznych, rozpuszczalników, lakierów samochodowych, środków do mycia urządzeń elektrycznych.

​​Skutki grillowania

Wydobycie surowców, produkcja, rolnictwo czy też transport – ubocznym skutkiem prawie każdej działalności gospodarczej będzie emisja określonej porcji gazów cieplarnianych, które z kolei będą odpowiadać za wzrost średniej temperatury na Ziemi. Szacuje się, iż obecnie jest ona o 1 stopień Celsjusza wyższa niż w czasach poprzedzających rewolucję przemysłową. Może wydawać się, że 1 stopień to niewiele, i nawet prognozowane dodatkowe pół stopnia w połowie obecnego stulecia znacząco nie zmieni obrazu sytuacji. Jednak już pod koniec wieku modele przewidują nawet 4 do 8 stopni wzrostu. Co stanie się wówczas, skoro już teraz można dostrzec negatywne skutki owej “niewielkiej” zmiany – słyszymy o topniejących lodowcach, podnoszeniu się temperatury i poziomu oceanów, odnotowujemy anomalia pogodowe, susze, huragany oraz cyklony tropikalne, których prawdopodobieństwo wystąpienia może wzrastać dzięki zachodzącym zmianom klimatycznym, chociaż oczywiście trudno w tym przypadku o dowody.

Modele opracowywane przez klimatologów nie dają zbyt wiele nadziei na przyszłość. Cieplejszy klimat będzie odpowiedzialny za coraz gwałtowniejsze zjawiska pogodowe. Wyższa temperatura przyspiesza parowanie, zaś skroplona para wodna odpowiedzialna będzie za niszczycielskie nawałnice.

Wyższa temperatura powietrza będzie wpływać na odparowanie gleby, powodując jej stopniowe wysychanie oraz wzrost ryzyka wystąpienia suszy. Cieplejszy klimat to także możliwość częściej występujących pożarów.

Wspomniany już wzrost poziomu mórz i oceanów będzie postępował – powodem mają być zarówno topniejące lodowce, jak i wzrost objętości cieczy pod wpływem podnoszenia jej temperatury. Zagrożone zalaniem i podtopieniami będą tereny nadmorskie i plaże, dodatkowo występować będzie ryzyko osiadania gruntu. Niszczenie upraw oraz infrastruktury stanowić będą część kosztów zachodzących zmian.

Wzrost temperatury wpłynie także na zmniejszenie obszarów występowania określonych gatunków roślin i zwierząt. Prądy morskie ulegać będą bifurkacji, czyli rozdzieleniu na miejsca bardziej i mniej dotlenione, co z kolei prowadzić może do zmiany rejonów występowania określonych gatunków ryb i skorupiaków lub nawet ich wymierania. Wyższe temperatury zagrożą istnieniu raf koralowych, a więc źródłom pożywienia wielu milionów ludzi.

Zmiany klimatyczne wpłyną na średni spadek produkcji rolnej, co z kolei nie pozostanie bez konsekwencji dla ich cen. Wyjątkowo długotrwałe susze mogą wywoływać regionalne, ale także ogólnoświatowe kryzysy gospodarcze. Hodowla zwierząt stanie się mniej wydajna, produkty zwierzęce staną się także droższe.

Zmiany stref klimatycznych spowodują migrację fauny i flory, a wraz nimi przesuwanie się obszarów występowania wielu groźnych chorób (malaria). Przemieszczać będą się także ludzie doprowadzając do potężnych kryzysów migracyjnych. Dostęp do wody pitnej stanie się utrudniony i ograniczony. Wzrośnie światowy współczynnik umieralności. Straty ekonomiczne będą rujnować gospodarki.

Oczywiście trudno w przypadku wymienionych zdarzeń i procesów o konkretne dane szacunkowe, klimatolodzy jednak zgodni są na ogół co do zasadniczych tendencji i kierunków generowanych efektem cieplarnianym zmian. W tym miejscu należy jednak zaznaczyć, iż nie wszystkie raporty są zbieżne w kwestii przyszłych konsekwencji zakładanego ocieplenia. Choć wiele apokaliptycznych prognoz należy uznać za przesadne i bezpodstawne, a niektóre wręcz sklasyfikować jako oparte na zmanipulowanych lub nawet sfabrykowanych danych, pewnych zagadnień nie powinno się bagatelizować i bez zbytecznego alarmizmu poddawać pod rozwagę i debatę w ramach podnoszenie stopnia świadomości oraz przeciwdziałania ewentualnym skutkom ocieplenia. Czy zatem można coś przedsięwziąć aby im zapobiec? Przyjmuje się, iż ewentualne strategie są dwie: adaptacja albo zmniejszanie negatywnych następstw owych zmian przez ograniczanie emisji gazów cieplarnianych, radykalne ograniczanie, którego docelowym punktem będzie osiągnięcie poziomu zerowego. W obu przypadkach konieczne będą technologiczne przełomy, międzynarodowy konsensus i dużo dobrej woli ze strony każdego człowieka. Czy programy takie są możliwe do realizacji? Niektórzy uważają, że tak. Oczywiście należy być ostrożnym. Ograniczanie emisji “za wszelką cenę” może mieć niekorzystne konsekwencje społeczno – gospodarcze zwłaszcza w przypadku mieszkańców najbiedniejszych regionów świata. To kwestia szczególnie wrażliwa, a wykazanie się zdrowym rozsądkiem i szerokim horyzontem spojrzenia jest tutaj wskazane albo wręcz niezbędne. Na bardziej wnikliwe omówienie tych problemów pozwolimy sobie jednak w innym miejscu.