Solis » Pompy ciepła » Efekt cieplarniany  

Efekt cieplarniany

Efekt cieplarniany to zjawisko wzrostu temperatury atmosfery spowodowane istnieniem w jej składzie tzw. gazów cieplarnianych,

które przepuszczają znaczną część promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi, zmniejszając wypromieniowanie ciepła przez powierzchnię Ziemi i dolne warstwy atmosfery. Do gazów cieplarnianych zalicza się: parę wodną, której udział w efekcie cieplarnianym wynosi 62%, dwutlenek węgla (22%), ozon, znajdujący się w warstwie przypowierzchniowej (7%), oraz freony, metan, podtlenek azotu. Część promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni Ziemi nie jest pochłaniana i zamieniana na ciepło, lecz ulega odbiciu i wraca w przestrzeń kosmiczną. Stosunek ilości promieniowania padającego na daną powierzchnię określa się mianem albedo. Jego wartość zależy od charakteru powierzchni-szczególnie dużym albedo charakteryzuje się pokrywa śnieżna i górna powierzchnia chmur. Dlatego im mniejsze stają się obszary pokryte wiecznym śniegiem, tym mniejsza część promieniowania ulega odbiciu i tym szybciej rośnie temperatura na Ziemi.

Efekt cieplarniany istnieje w systemie klimatycznym w naturalnych warunkach, powodując, że średnia temperatura najniższej warstwy atmosfery ziemskiej wynosi około 150C. Bez atmosfery i gazów cieplarnianych temperatura wynosiłaby -180C uniemożliwiając życie na Ziemi. To naturalne, korzystne zjawisko zostało w ostatnim stuleciu dodatkowo wzmocnione przez działalność człowieka, która powoduje niekorzystne globalne zmiany klimatu, zwiększa stężenie gazów oraz wprowadza gazy nowe, no. freony, nie istniejące w sposób naturalny.

Rezultatem ocieplenia klimatu Ziemi mogą być susze, katastrofalne powodzie, huraganowe wiatry i pożary. Zauważalne zmiany mogą dotyczyć również świata roślin i zwierząt. Dla naukowców pytanie o przyczyny ocieplania klimatu i poszukiwanie sposobów przeciwdziałania temu procesowi jest równie ważne jak przewidywanie jego skutków.

Jeśli przyczyną wzrostu temperatury na kuli ziemskiej nie byłaby działalność człowieka, odpowiedzi należałoby szukać w naturalnych procesach, jakie od milionów lat zachodzą na Ziemi. Badając dzieje Ziemi geolodzy odkryli ślady co najmniej kilku wielkich epok lodowych, kiedy następował gwałtowny spadek temperatury, a znaczna część naszej planety pokrywa się lodem. Również w czwartorzędzie, młodszym okresie kenozoiku trwającym od około 2 milionów lat temu do dziś, lodowce pokryły ogromne obszary kuli ziemskiej. Młodsza epoka czwartorzędu, trwająca obecnie-holocen, traktowana jest przez wielu naukowców za jeszcze jeden interglacjał, czyli cieplejszy okres między dwoma glacjałami, kiedy to lodowce zanikają lub ograniczają swój zasięg do małych obszarów. Na przestrzeni dziejów temperatura Ziemi wielokrotnie była znacznie wyższa niż obecnie. Wyraźne ocieplenie klimatu miało na przykład miejsce w pliocenie, najmłodszej epoce trzeciorzędu trwającej od ok. 5 do ok. 2 mln lat temu, kiedy to poziom morza był o 30-35 metrów wyższy niż obecnie. Epoki lodowcowe są najprawdopodobniej wynikiem zmiany kąta nachylenia osi ziemskiej i jej orbity w stosunku do Słońca. Zmiany temperatury mogą mieć również związek z ilością wysłanej w kierunku Ziemi energii słonecznej, ilością pyłu wulkanicznego w atmosferze i wreszcie w pewnym, choć ciągle trudnym do oszacowania stopniu z działalnością człowieka.

Naukowcy dysponują dowodami, że w ciągu ostatnich 100 lat temperatura Ziemi wzrosła o 0,5 stopnia. Obecnie rośnie prawdopodobnie o 0,3 stopnia w ciągu 10 lat. Jeśli człowiek będzie nadal zanieczyszczał atmosferę, w XXI wieku średnia temperatura Ziemi może wzrosnąć od 1 do 5 stopni.

Jedną z przyczyn wzrostu temperatury Ziemi jest nadmierne nagromadzenie w atmosferze pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenku azotu, dwutlenku siarki i metanu. Znaczne ilości tych gazów dostają się do atmosfery również w wyniku procesów naturalnych. Jednak za wzrost koncentracji tych związków w atmosferze w ostatnim stuleciu odpowiedzialny jest głównie człowiek. Porównanie sposobu, w jakim nagromadzone w atmosferze gazy oddziałują na bilans cieplny Ziemi do procesów zachodzących w szklarni jest jak najbardziej adekwatne. Atmosfera ziemska, podobnie jak ściany szklarni, przepuszcza krótkofalowe promieniowanie Słońca (światło i promieniowanie ultrafioletowe), dzięki czemu znaczna część energii słonecznej dociera do powierzchni Ziemi, Tu zamieniana jest na ciepło czyli promieniowanie długofalowe, które Ziemia wypromieniowałby z powrotem w przestrzeń kosmiczną, gdyby nie atmosfera, a właściwie para wodna i inne gazy, które są taką samą pułapką dla ciepła, jak ściana szklarni.

Naukowcy spierają się co do pochodzenia i przyczyn wahań ilości obecnych w atmosferze gazów cieplarnianych. Jednym z najważniejszych jest dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla jest naturalnym składnikiem atmosfery, powstającym w procesach oddychania, gnicia i spalania. Gaz ten jest wchłaniany przez rośliny w procesie asymilacji, w którym z wody i dwutlenku węgla pod wpływem światła słonecznego powstaje materia organiczna. Uzupełnieniem tego procesu jest oddychanie, w którym z materii organicznej i tlenu powstaje energia, woda i dwutlenek węgla wydalony do atmosfery. W ten sposób rośliny biorą udział w regulowaniu ilości COl w atmosferze. Wahania stężenia COl w warstwie przyziemnej są zatem często związane z metabolizmem roślin. W dzień jest go mniej niż w nocy w związku z intensywna asymilacją, więcej w pochmurny dzień i zimą, kiedy do Ziemi dociera mniej światła a procesy asymilacyjne ulegają spowolnieniu. Duże ilości COl magazynowane są przez wody mórz i oceanów. Między atmosferą i oceanami zachodzi wymiana COl, dzięki czemu stosunek ilości tego gazu w powietrzu i w wodzie jest stały. ~Rola mórz i oceanów polega również na tym, że są one środowiskiem życia fitoplanktonu. Ma on tę samą zdolność do asymilacji dwutlenku węgla, co rosliny lądowe. Nadmiar jltOplan/(Jonu może być jednak niebezpieczny. Co jakiś czas opinię publiczną alarmują doniesienia o toksycznych zakwitach fitoplanktonu na wodach przybrzeżnych, które mają związek z wyższą temperaturę wód morskich i nadmierną koncentracją zanieczyszczeń działających na plankton jak nawozy na rośliny uprawne.

Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrasta także na skutek działalności człowieka. W wielkich miastach przemysłowych ilość CO] osiąga nawet 0,05- 0,07%, szczególnie w zimie przy pochmurnej pogodzie. Dwutlenek węgla jest ubocznym produktem spalania drewna i paliw kopalnych-węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Uzależnienie naszej cywilizacji od tych paliw jako podstawowego źródła energii w połączeniu z eksplozją demograficzną spowodowały wzrost ilości dwutlenku węgla emitowanego do atmosfery. Ogromne ilości tego gazu powstają również przy wypalaniu lasów- najpopularniejszej w wielu regionach świata metodzie zdobywania nowych pól i pastwisk.

Efektem spalania paliw kopalnych jest również emisja dwutlenku siarki. Silniki wszechobecnych samochodów wytwarzają tlenek azotu. Metan jest produktem beztlenowej fermentacji celulozy pod wpływem bakterii metanowych. Środowiskiem życia tych organizmów są podmokłe gleby, zamulone dna zbiorników wodnych, bagna. ścieki komunalne i przewody pokarmowe przeżuwaczy oraz termitów. Część metanu uwięziona jest w regionach polarnych w wiecznej zmarzliźnie. W miarę ocieplania klimatu i wytapiania pokrywy lodowej i wiecznej zmarzliźny metan jest uwalniany do atmosfery. Istotnym źródłem metanu w atmosferze są również procesy zachodzące w przewodach pokarmowych zwierząt domowych. Szacuje się, że w ciągu ostatnich stu lat ilość metanu w atmosferze podwoiła się. Freony to gazy stosowane w chłodziarkach oraz jako gazy nośne w opakowaniach aerozolowych. Po zużyciu opakowań, to bardzo trwałe gazy przedostają się do atmosfery i gromadzą w stratosferze na wysokości 20-25 km. Tu powodują rozbijanie zbudowanych z trzech atomów tlenu cząsteczek azonu. Tak niszczona warstwa ozonowa przepuszcza do powierzchni Ziemi więcej promieniowania ultrafioletowego, co przyczynia się do globalnego ocieplenia klimatu.

Globalne ocieplenie klimatu może doprowadzić do topnienia pokryw lodowych. Przypuszcza się nawet, że pęknięcie, które pojawiło się w ostatnich latach w pokrywie lodowej Zachodniej Antarktydy jest właśnie wynikiem ocieplenia klimatu. Topnienie pokryw lodowych może spowodować podwyższenie poziomu mórz i zagrożenie dla milionów ludzi żyjących na nisko położonych wybrzeżach mórz i w pobliżu ujść rzek. Szacuje się, że poziom morza podnosi się o 6 cm w ciągu 10 lat. Jeśli temperatura na Ziemi będzie nadal wzrastać, miasta takie jak Rotterdam, Londyn, Nowy Orlean, czy Wenecja. znajdą się pod wodą. Z praw fizyki wynika również, że wzrost temperatury wody powoduje wzrost jej objętości, co może jeszcze spotęgować efekt wywołany topnieniem lodu.

W miarę ocieplania się klimatu wiele regionów nawiedzają katastrofalne susze- obszary te stają się bardziej zagrożone pożarami. Przykładem może być trudny do opanowania wielki pożar Parku Narodowego Yellowstone w 1992 roku czy pożary regularnie nawiedzające obszary górskie krajów śródziemnomorskich. Pożary są wprawdzie naturalnym zjawiskiem w miejscach takich jak Yellowstone czy śródziemnomorska makia, wydaje się jednak, że powierzchnia obszarów suchych i częstotliwość pożarów w ostatnich latach wzrasta.

Człowiek, spalając coraz więcej paliw, wycinając lasy i zakładając na ich miejscu miasta, zakłady przemysłowe i pola uprawne, przyczynia się pośrednio do globalnego ocieplenia i zmiany klimatu. W niektórych rejonach brakuje wody, co powoduje obniżenie plonów w wielu dotychczas żyznych rejonach świata. Charakterystyczne dla obecnych zmian klimatu jest również obserwowane już od pewnego czasu w wielu regionach świata częstsze pojawianie się katastrofalnych huraganów. Wzrost temperatury powoduje też uwolnienie wody uwięzionej dotychczas w wysokogórskich pokrywach śnieżnych, lodowcach i otoczonych lodowymi barierami jeziorach, co prowadzi do nasilenia zjawisk powodziowych. Katastrofalne powodzie mają też związek z wycinaniem górskich lasów. Pozbawione roślinności stoki nie zatrzymują się wody, są bardziej podatne na erozję i stanowią zagrożenie dla mieszkańców górskich miasteczek i wiosek. W maju 1998 roku w górach w okolicach Neapolu w południowych Włoszech pod błotną lawiną zginęło kilkaset osób. O skali zagrożenia najlepiej świadczy fakt, że góry stanowią 40 procent powierzchni lądów.

Nawet małe zmiany temperatury mają poważny wpływ na świat żywych istot. Wzrost temperatury powoduje migrację zwierząt i przesuwanie obszarów występowania roślin ku chłodniejszym dotychczas regionom -na północ na półkuli północnej i na południe na półkuli południowej.

Doskonałym przykładem takiej emigracji jest zachowanie znanego zarówno w Europie, jak i Ameryce motyla- rusałki admirała. Do niedawna naukowcy uważali, że admirały nie zimują w Wielkiej Brytanii, przybywają tam dopiero wiosną z cieplejszych krajów Europy. Jednak od kilku lat liczne obserwacje potwierdzają fakt zimowania tego motyla (w postaci imago-dorosłego osobnika) w stosunkowo chłodnej Wielkiej Brytanii. Prawdopodobnie wyjaśnieniem tego zjawiska jest właśnie ocieplenie klimatu.

Obecnie wiele gatunków ptaków zakłada gniazda wcześniej niż w przeszłości. Obserwacje 30 tysięcy dzikich ptaków w Wielkiej Brytanii w latach 1962-90 ujawniły, że aż 33 spośród 88 branych pod uwagę gatunków zakłada gniazda wcześniej i ma to związek z ociepleniem klimatu. Zjawisko to obserwuje się od połowy lat 70., wcześniej ptaki wykazywały tendencję do późniejszego zakładania gniazd. Założenie gniazda wcześniej daje potomstwu więcej czasu na przygotowanie do jesiennych wędrówek, a gatunkom niemigrującym więcej czasu na przygotowanie do okresu zimowego.

W latach dziewięćdziesiątych społeczność międzynarodowa podjęła dwie próby ograniczenia emigracji gazów do atmosfery.
W czerwcu 1990 roku podpisano protokół montrealski, w którym państwa - sygnatariusze zobowiązały się do wyeliminowania freonów z użycia do 2000r. Postanowienia te zostały włączone do ustawodawstwa Unii Europejskiej w formie kilku szczegółowych zapisów. Inicjatywa ta nie została jednak podjęta przez kraje rozwyOające się przez kraje rozwijające się.

W 1993 roku 50 państw ratyfikowało postanowienia konwencji ONZ w sprawie zmian klimatycznych -państwa sygnatariusze zobowiązane są do końca wieku zredukować emisję gazów do atmosfery do poziomu z roku 1990. Według danych z lipca 1996 roku tylko Wielka Brytania, Niemcy, Holandia i Luksemburg miały szansę osiągnąć ten cel. Wielu naukowców uważa, że aby zatrzymać wzrost temperatury, emisję gazów w krajach rozwiniętych należy zredukować o 60%. Tak więc nawet osiągnięcie celów wytyczonych w roku 1993 nie pozwoli radykalnie poprawić sytuacji.

Dane amerykańskie wskazują, że w 1995 roku emisja gazów cieplarnianych w tym kraju ciągle rosła. W Stanach Zjednoczonych 85% gazów to CO2, przy czym aż 98% dwutlenku pochodzi ze spalania węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego. Co prawda, na przykład Luksemburg emituje więcej dwutlenku węgla w przeliczeniu na jednego mieszkańca niż Stany Zjednoczone, ale za to od 1960 roku to niewielkie państwo zmniejszyło emisję tegu gazu o połowę. Stany Zjednoczone wytwarzają najwięcej gazów i mają więc największy udział w globalnym ociepleniu.

Potrzeba przeciwdziałania wzrostowi temperatury Ziemi sprzyja propagatorom zastosowania energii jądrowej. Energia wytwarzania w elektrowniach atomowych jest stosunkowo czysta, elektrownie atomowe mają niewielki udział w emisji gazów. Jednak po innymi względami stanowią równie poważne źródło zagrożenia dla środowiska.

Wielkość emisji zanieczyszczeń powietrza wynikająca ze zużycia energii potrzebnej na ogrzanie pomieszczeń i podgrzanie wody obliczana jest z wykorzystaniem wskaźników emisji, zróżnicowanych ze względu na typ urządzenia i rodzaj paliwa.

Paliwa

SO2

NOx

CO

CxHy

Pył

CH4

NM-LZO

N2

CO2

Drewno

11

85

2 400

85

35

21

64

3

106 000

Węgiel, koks

650

155

4 700

420

160

105

315

3

95 000

Olej opałowy

75

95

6

45

3

1

5

1

76 000

Gaz ziemny

1

60

40

6

0,5

5

2

1

55 000

Gaz ciekły

1

60

40

6

0,5

5

2

1

64 000

Odpady drzewne

11

110

1 400

30

70

8

23

3

107 000


© 2004-2009, Solis Sp. z o.o.