Globalne ocieplenie jako miara działalności człowieka

1. Wstęp

Chociaż efekt cieplarniany nie jest fenomenem współczesności, a naturalnym skutkiem istnienia atmosfery otaczającej Ziemie, warunkiem istnienia życia, to jednak szybkie nasilenie tego procesu w obecnych czasach wzbudza uzasadnione obawy o charakter zmian środowiska , zachodzących w dotąd nie znanym tempie i kierunku . Na temat globalnego ocieplenia powstała na świecie bogata literatura , odbywają się liczne konferencje, a problem spodziewanych skutków ocieplenia przestał być już tylko problemem naukowców, a stał się także domeną polityków, organizacji społecznych i działaczy gospodarczych. Badacze nie wiedzą jeszcze do końca jak wielkie będą zmiany klimatu , ani jak wpłyną one na ludzi. Narasta jednak przekonanie, że potrzebna jest dyskusja o zagrożeniach jakie niesie ze sobą globalne ocieplenie i że trzeba pilnie poszukiwać dróg ich uniknięcia.

2. Model powstawania efektu cieplarnianego

Temperatura obserwowana przy powierzchni Ziemi jest w głównej mierze wynikiem równowagi pomiędzy ilością energii otrzymywanej od Słońca i energii wypromieniowanej przez układ Ziemia - atmosfera. Promieniowanie słoneczne padające na Ziemie powoduje ogrzanie jej powierzchni. Ciepło to jest oddawane do atmosfery głownie przez promieniowanie podczerwone (promieniowanie długofalowe - termiczne) . Może one przeniknąć przez atmosferę do przestrzeni kosmicznej lub zostać zaabsorbowane przez substancje gazowe i oddane z powrotem Ziemi. Ta druga ewentualność dotyczy części "emitowanego" przez Ziemie promieniowania podczerwonego i stanowi swoisty rodzaj "pułapki" energii (pewna analogia do szklarni).Wielkość energii promienistej, która zostanie zawrócona ku Ziemi , zależy istotnie od tego, jakie jest stężenie i różnorodność w atmosferze pochłaniających ją gazów. Jak dotąd efekt ten w atmosferze był dla nas dobroczynny. Uważa się, że gdyby go nie było - średnia temperatura przy powierzchni Ziemi byłaby o około 30° niższa od obserwowanej dzisiaj. Jednakże koncentracja substancji śladowych w atmosferze stale wzrasta na wskutek różnej działalności człowieka i dlatego oczekuje się wzmożenia efektu cieplarnianego (efekt szklarni) tzn. znaczącego wzrostu temperatury w troposferze ( warstwach powietrza najbliższych powierzchni planety tzn. do 10 km ponad poziom morza ) w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat.
Warto także wspomnieć o takiej działalności człowieka, która prowadzi do zmian ab-sorpcyjno - emisyjnych powierzchni Ziemi . Do najważniejszych należy wyliczyć: wycinanie lasów i ogólnie zanik szaty roślinnej oraz pokrywanie się lodowców i innych mas lodu i śniegu pyłami, które w sposób istotny zwiększają energię słoneczną absorbowana przez śnieg i lód, a co w konsekwencji prowadzi do ich szybszego topnienia. Trudno także jest powiedzieć coś o własnościach emisyjnych powierzchni Ziemi w zakresie podczerwieni. Intuicyjnie można wyciągnąć wniosek, ze ważną role odgrywają tu obszary zieleni pokrywające Ziemię.

3. Gazy wpływające na efekt cieplarniany

Gazy które mogą powodować efekt cieplarniany występują w atmosferze w ilościach śladowych ( tab.1 ) , a mimo to mają istotny wpływ na magazynowanie ciepła w troposferze. Tymi gazami są przede wszystkim : dwutlenek węgla (ok. 50 % udziału w efekcie cieplarnianym), metan (15% udziału), tlenki azotu (ok. 6%), związki chlorofluorowęglowodorowe (freony - głównie CFC-11 (CFCl₃) i CFC-12 (CF₂Cl₂) i halony) (ok. 14%) i ozon troposferyczny (ok. 12%) .
Gazy te zostały nazwane gazami cieplarnianymi (gazami szklarniowymi) i decydują one o potencjale ocieplania globalnego, przyczyniają się one do "pułapkowania" promieniowania podczerwonego (termicznego) i zwiększenia efektu cieplarnianego. Ich koncentracja w powietrzu ciągle wzrasta na wskutek różnorodnej działalności człowieka. Wkład każdego z tych gazów do sumarycznego efektu cieplarnianego zależy od czasu życia tego gazu w atmosferze (Tabela 2) a także od jego ilości. W tabeli 3 zestawiono względne wkłady do absorpcji promieniowania Ziemi w podczerwieni (tzw. potencjały szklarniowe) dla kilku gazów szklarniowych.

Dwutlenek węgla jest emitowany do atmosfery zarówno ze źródeł naturalnych ( np. wybuchy wulkanów) jak i w wyniku działalności człowieka. Spalanie różnego rodzaju paliw, motoryzacja etc. jest przyczyną wprowadzania do atmosfery dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla jest ciągle wymieniany między atmosferą a wodami oceanów , biosferą i litosferą. Szacuje się że powstały dwutlenek węgla w 30% (procent masowy) przenika do oceanów, 20% do biosfery i 50 % pozostaje w atmosferze. Koncentracja dwutlenku węgla rośnie także dlatego, że trwa niszczenie lasów. Niszczenie lasów jest równe wydajne źródłem tego gazu co "kominy przemysłowe". Ludzie by zdobyć dodatkowe obszary uprawne bardzo często wypalają lasy. Poprzez spalanie ściętych drzew nasyca się atmosferę dwutlenkiem węgla , ale tez ogranicza się ilość zielonej biomasy, która pobierała ten gaz z atmosfery i wiązała go. Oprócz tego, że zanika proces fotosyntezy po wypaleniu lasów - glebowe procesy rozkładu uwalniają dodatkowe ilości dwutlenku węgla. Antropogeniczny (tzn. nienaturalny) wzrost stężenia dwutlenku węgla wynosi około 0,4 % na rok.

Tabela 1 Przeciętny skład powietrza atmosferycznego. Poniżej dwutlenku węgla - gazy resztkowe.

Freony nie występują w naturze, lecz są produktem przemysłu chemicznego. Stosowa-no je do niedawna w wielu dziedzinach przemysłu : w przemyśle tworzyw sztucznych do pro-dukcji pianek , jako czynnik w przemyśle chłodniczym, w rozpylaczach aerozolowych , jako rozpuszczalniki etc. Freony przyczyniają się do niszczenia ozonu w stratosferze a także mają swój udział w efekcie szklarniowym. W wyniku rozpadu freonów powstaje atom chloru , który wchodzi w reakcje z ozonem powodując jego rozpad . Reakcja ta ma charakter łańcuchowy . Jeden atom chloru "rozbija" około 100 tyś. cząsteczek ozonu.. Porozumienie montrealskie (z późniejszymi zmianami) wprowadza pewne ograniczenia w produkcji freonów i ich emisji do atmosfery, ale ich długi okres życia w atmosferze (tabela 2) powoduje jednak , że koncentracja ich nadal rośnie. Wzrost stężenia freonów wynosi odpowiednio dla CFC-11 i dla CFC-12 : 5% na rok .

Tab. 2 Zmiany koncentracji gazów śladowych ,ich emisja i czas przebywania w atmosferze.

Metan powstaje w procesach gnilnych zarówno naturalnych jak i wynikających z ludzkich działań szczególnie w rolnictwie. Najważniejszymi źródłami metanu ( w mln ton) są: naturalne bagna ( 100-200), zwierzęta przeżuwające (głównie bydło) (60-100), pola ryżowe (60-170), spalanie biomasy (50-100), wysypiska śmieci (30-70), kopalnie węgla (25-45) i odwierty gazu naturalnego (25-50), gdzie często dochodzi do emisji metanu. Wzrost stężenia metanu związany jest także z powiększeniem się liczby ludności . Przyrost ludności pociągnął za sobą konieczność wzrostu produkcji żywności .W wyniku tego wzrosła powierzchnia upraw ryżu oraz hodowla zwierząt przeżuwających. Zawartość metanu rośnie liniowo z pręd-kością około 1,5 % rocznie.

Ozon. Utlenienie się CO w obecności NO w troposferze może stać się źródłem powstawania ozonu (O₃). Mimo, że gazy ( CO i NO ) nie maja bezpośredniego wpływu na efekt cieplarniany , to powstający ozon jest aktywnym gazem szklarniowym. W troposferze ozon jest szkodliwym zanieczyszczeniem , podczas gdy w stratosferze (warstwa powietrza położona nad troposfera i rozciągająca się do 50 km) pełni on ważną rolę naturalnego filtru, osłabiające groźne promieniowanie ultrafioletowe wynikające z promieniowania słońca. Obecność ozonu w stratosferze ma istotne znaczenie dla bilansu cieplnej tej warstwy jak i dla całej atmosfery. Im ozonu jest więcej w tej warstwie , tym bilans ten jest korzystniejszy, bo większe jest wówczas pochłanianie promieniowania ultrafioletowego emitowanego przez Słońce.

Tab.3 Potencjały szklarniowe niektórych gazów.

Ważnym gazem szklarniowym są także tlenki azotu . Ich ilość w atmosferze wzrasta rocznie o około 0,25 % , ale ze względu na długi czas życia (Tabela 2) w atmosferze , odgrywają one zasadnicza rolę. Głównymi źródłami tlenków azotu jest (w mln ton) jest : spalanie wę-gla kamiennego (2-7), węgla brunatnego (1-3), ropy (1-3), gazu ziemnego (2-3) , przemysł (1) , motoryzacja (4-8) i spalanie biomasy (około 12).
Skomplikowany jest także wpływ wody (pary wodnej) występującej w atmosferze . Kropelki wody odgrywają ważną role w bilansie cieplnym Ziemi , albowiem bardziej niż dwutlenek węgla absorbują promieniowanie podczerwone. Chmury formowane z kropelek wody rozpraszają światło słoneczne powodując tym samym spadek temperatury przy powierzchni Ziemi. Jednak z drugiej strony para wodna i kropelki wody działają także jako "parasol" zatrzymując ciepło reemitowane z powierzchni Ziemi .

4. Prognozy dotyczące globalnego ocieplenia

Bliższe określenie wymiarów zmian klimatycznych spowodowane wzrostowi stężenia gazów szklarniowych nie jest jeszcze możliwe. Klimat jest nadzwyczaj złożonym systemem , podzielonym na zróżnicowane strefy. Brakuje tez szczegółowych danych o wrażliwości niektórych naturalnych systemów na spodziewane zmiany. Przeprowadzono jednak szacunkowe obliczenia (symulacje komputerowe) przyjmujące różne warianty skutków wzrostu emisji szkodliwych gazów i tak :
(1) Znaczny wzrost emisji szkodliwych gazów przy dużej wrażliwości klimatu może spowodować wzrost rocznej temperatury o 0,8 C i podniesienie poziomu mórz o 24 cm na każde 10 lat.
(2) Obecny poziom emisji gazów i ograniczenie emisji freonów, przy średniej wrażliwości kli-matu może przynieś wzrost średniej rocznej temperatury o 0,3 C i podniesienie poziomu mórz o 5,5 cm na dziesięciolecie.
(3) Duży wysiłek wszystkich krajów , by ograniczyć emisję gazów , oraz mała wrażliwość klimatu ograniczą wspomniane efekty do 0,06 C i 1 cm na 10 lat.

Ocieplenie się klimatu może spowodować między innymi przesuwanie się stref klimatyczno - roślinnych na Ziemi oraz stref klimatyczno-wysokościowych w górach, topnienie (tajanie) lodowców i podnoszenie się poziomu wód oceanicznych, zmiany w atmosferycznej i oceanicznej cyrkulacji globalnej, a także zmniejszenie ilości opadów na przeważającej części kontynentów. Zmiany zachodzące w środowisku (na wskutek efektu cieplarnianego) mogą być szybsze niż zdolności adaptacyjne wielu gatunków roślinnych i zwierzęcych , a wówczas ich los będzie przesądzony. Z drugiej strony wzrost stężenia dwutlenku węgla może mieć dobro-czynny wpływ na rośliny. Zwiększenie stężenia dwutlenku węgla może doprowadzić do zwiększenia efektywności procesu fotosyntezy u roślin (tzw. efekt użyźniający) i poprawi wydajność wzrostu roślin w cieplejszej części świata. Jednak bez względu na to, jakie korzyści odniesie człowiek w wyniku takich zmian, zmiany te spowodują poważne zakłócenia w przy-rodzie w różnych ekosystemach. Stan odpowiadający podwojonej koncentracji dwutlenku węgla zostanie osiągnięty jeszcze w pierwszej połowie XXI - wieku, nawet jeżeli realne stężenie tego gazu nie wzrośnie tak bardzo - zastąpią go inne gazy szklarniowe.

Jak podaje oficjalny raport Międzynarodowego Zespołu do Spraw Zmian Klimatu temperatura w naszym stuleciu wzrosła o 0,5 C, a lata osiemdziesiąte były najcieplejszą jego dekadą . Zawartość dwutlenku węgla wzrosła prawie o 25 % z 280 ppm (cząstek na milion cząstek powietrza) przed okresu rewolucji przemysłowej do 350 ppm obecnie.
Średnie tempo wzrostu temperatury można wytłumaczyć rosnącą koncentracją gazów szklarniowych, których koncentracja w atmosferze systematycznie rośnie . Brak jest jakichkolwiek oznak, by proces ten ulegał zahamowaniu. Także poziom oceanów (kompleksowy wskaźnik ocieplenia) - systematycznie się podnosi. Dość radykalnym zmianom także ulega cyrkulacja atmosferyczna.

5. Sposoby ograniczenia efektu cieplarnianego

Jednym ze sposóbów ograniczenia efektu cieplarnianego jest zmniejszenie emisji szkodliwych gazów. Można tego dokonać poprzez :
1. Przestrzeganie zaleceń porozumienia montrealskiego (z późniejszymi zmianami) o zmniejszeniu emisji gazów (głównie freonów) niszczących ozon w stratosferze.
2. Ograniczyć zużycie paliwa w ogóle, przez oszczędzanie energii, a także zastępowanie paliw o dużej zawartości węgla paliwami o dużej zawartości wodoru.
3. Zmniejszyć wyrąb lasów (szczególnie tropikalnych), a także zwiększenie powierzchni zalesień.
Oprócz tego także należało by ograniczyć źródła zakwaszania deszczów tj. emisję związków siarki i azotu ( które uszkadzają lasy). Zapewnić właściwą ochrone lasów i biosfery Także trzeba zmniejszyć zanieczyszczenie mórz i oceanów , aby mogły pochłaniać zwiększoną ilość dwutlenku węgla. Jednym słowem, trzeba robić wszystko, aby przywrócić środowisku naturalnemu jego naturalną postać.

Zgodnie z obliczeniami już pewne dość realne przedsięwzięcia mogą znacznie zmniejszyć "globalną produkcje" dwutlenku węgla i innych gazów szklarniowych. Niekróre sposoby przedstawiono poniżej (w nawiasie podano ilość CO₂ w mln. ton o jakie można zmniejszyć emisje wprowadzając odpowiednie zmiany).
- wzrost o 20% sprawności urządzeń elektrycznych , silników spalinowych, etc. (149)
- poprawa izolacji cieplnej budynków (95)
- zastąpienie 15% wykorzystywanych w energetyce węgla kamiennego i brunatnego przez wodór (34)
- ograniczenie dopuszczalnej prędkości ruchu drogowego do 100 km/h na autostradach i do 30 km/h w mieście (26)
- poprawa sprawności urządzeń w elektrociepłowniach węglowych (19)
- zamiana 50% lokalnych urządzeń grzewczych na centralne ogrzewanie (24)
- zamiana 33% lokalnych urządzeń ogrzewczych z ropy na gaz (16)
- innowacje techniczne w przemyśle (12)
- zmiany technologiczne w hutnictwie (9)

6. Porozumienia międzynarodowe dotyczące globalnego ocieplenia

W ostatnich latach przygotowano wiele opinii i zaleceń, w myśl których postępy ocie-plenia globalnego mogą być utrzymywane pod kontrola - zapobiegając dramatycznym zmia-nom środowiska i ich szkodliwym wpływom na gospodarkę światową . Formułowano je m.in. w międzynarodowych konferencjach gromadząc naukowców i polityków. Można tutaj wymienić dwie konferencje w Waszyngtonie "O przygotowaniu do zmian klimatu" (1987, 1988) , konferencja "Energia i zmiany klimatu" w Brukseli (1988) , konferencja "Zmieniająca się atmosfera" w Toronto (1988), II Światowa Konferencja Klimatu w Genewie (1990) oraz konferencja "Klimat i rozwój" w Hamburgu (1988) . Rezultatem konferencji w Toronto był m.in. postulat ograniczający do roku 2005 emisje dwutlenku węgla o 20%. W 1992 roku na Szczycie Ziemi w Rio de Janeiro 153 państwa w tym Polska podpisały konwekcje w spra-wie zmian klimatu .
Kraj nasz zobowiązał się do ustabilizowania emisji dwutlenku węgla i metanu - które w 2000 roku nie powinny przekraczać poziomu emisji z 1988 roku. Ponadto Polska musi uru-chomić system monitoringu gazów szklarniowych , opracować program adaptacji gospodarki do zmienionych warunków środowiska i spowodować wzrost absorpcji i retencji gazów szklarniowych przez lasy , glebę i użytki zielone. Do 2000 roku lesistość Polski powinna osiągnąć do 30% . Czy te postulaty zostaną spełnione pokaże czas. Zmiany takie wymagają pewnych środków finansowych (a tych ciągle brak) , ale oprócz tego , także zapoznanie z tym problemami całego społeczeństwa .
W Polsce problem zanieczyszczenia atmosfery jest szczególnie duży. Polska jest źródłem dużej ilości gazów cieplarnianych . Emisja dwutlenku węgla w Polsce wynosi ok. 393 mln ton rocznie , a metanu ok. 14 tys. ton rocznie. Wynika to min. z faktu iż energetyka Polska opiera się na spalaniu różnych rodzajów węgla jako źródła energetycznego. Oprócz tych gazów w Polsce emitowana jest duża ilość tlenku siarki, tlenku azotu i pyłów. Charakterystyczne dla Polski jest duża koncentracja źródeł i wielkości emisji szkodliwych gazów.

7. Krótkie podsumowanie

Cała teoria ocieplenia posiada jednak zasadnicza wadę . Nie można do końca być pewnym czy się do końca sprawdzi . Być może skutki ocieplenia będą odczuwalne nie za 50, lecz może za 100 lat , a skala ocieplenia okaże się inna niż podają prognozy. Nakłady poniesione na ochronę przed ociepleniem lub adaptacje do jego skutków nie będą stracone, nawet gdy prognozy miały by się zupełnie nie sprawdzić. Przede wszystkim skorzysta na tym środowisko naturalne, a w konsekwencji my wszyscy .
Problem globalnego ocieplenia budzi także wiele kontrowersji. Pytanie o efekty global-nego wzrostu temperatury pomimo różnych opinii, ma zasadniczą wagę i zasługuje na szczegółowe badania wyjaśniające i krytyczną analizę, bowiem przecenianie wagi efektu cieplarnianego przy zbyt wielkich restrykcjach w zużyciu paliw może doprowadzić do zahamowania rozwoju cywilizacyjnego, a niedocenianie - katastrofę środowiska naturalnego. Logiczne ,więc wydaje się w dalszym ciągu rozważne badanie tego zagrożenia, ciągły monitoring zanieczyszczeń atmosfery i pewne próby ograniczania emisji szkodliwych gazów podejmowane przez państwa . Działania te powinny mięć charakter globalny.
Pocieszającym faktem w Polsce jest powstawanie pewnych uregulowań prawnych dotyczących ochrony środowiska min. 21 marca 1994 ukazało się Obwieszczenie Ministra Ochrony Środowiska , Zasobów Naturalnych i Leśnictwa (Dz. U. 49/94 poz. 196) zawierające m.in. podstawowe kierunki ochrony środowiska w tym ochronę atmosfery .