O „efekcie cieplarnianym” w miarę krótko
Źródła zanieczyszczeń atmosfery można ogólnie podzielić na naturalne i sztuczne.
Do naturalnych emiterów gazów do atmosfery należą:
· oceany (głównie emisja dwutlenku węgla - CO2)
· wulkany (wszystkie rodzaje gazów)
· bagna (metan – CH4)
· gleba (NOx – tlenki azotu)
· rośliny (CO2)
Szacuje się, że rośliny emitują do atmosfery 50 mld m3 CO2 rocznie (oddychanie komórkowe roślin i procesy gnilne), 50 mld m3 pochodzi z gleby, 100 mld m3 CO2 uwalnia się z mórz i oceanów. Podobne ilości wracają do roślin, gleby i oceanów.
Działalność przemysłowa daje dodatkową emisję ok. 7 mld m3 CO2 rocznie.
Jean Fourier, francuski matematyk, przyrównał w 1822 r. atmosferę ziemską do cieplarni. Raz stworzony, dwutlenek węgla absorbuje ciepło, ogrzewając atmosferę w sposób nazwany efektem cieplarnianym.
Jaki jest mechanizm ogrzewania się atmosfery?
Około 50% energii promieni słonecznych, padających na Ziemię, dociera do jej powierzchni. Reszta, w wyniku absorpcji energii odpowiadającej małym długościom fal elektromagnetycznych, jest zatrzymywana przez atmosferę. Fale cieplne (o większej długości), docierające do powierzchni Ziemi, zostają częściowo od niej odbite i wracają do atmosfery, ocieplając ją. Absorbentami tych fal są przede wszystkim para wodna, dwutlenek węgla i inne gazy.
Cząsteczka metanu absorbuje 20 do 30 razy więcej ciepła niż cząsteczka dwutlenku węgla. Chlorofluorowęglowodory są około 16000 razy efektywniejsze od dwutlenku węgla jako absorbery ciepła. Produkowany głównie przez drobnoustroje w glebie tlenek azotu jest 200 razy silniejszym absorbentem ciepła niż dwutlenek węgla. Dwutlenku węgla jest jednak znacznie więcej. Podczas gdy jego zawartość w atmosferze jest rzędu trzystukilkudziesięciu ppm, to metanu jest ok. 2 ppm, chlorofluorowęglowodorów ok. 0,0008 ppm, tlenku azotu kilka dziesiątych ppm. Ciepło unoszone przez parę wodną, dwutlenek węgla i spaliny powoduje ogrzanie atmosfery. Stosując symulację komputerową obliczono, że gdyby nie ten naturalny proces ogrzewania, powierzchnia Ziemi zostałaby zamrożona (temperatura spadłaby o ok. 30 oC) i nie byłoby na niej życia, podobnie jak na Marsie.
Co się jednak stanie, kiedy temperatura będzie się stale podwyższać? Jakie skutki może wywołać wzrost temperatury o 9 oC w XXI stuleciu, jak ostrzegają niektórzy klimatolodzy? Opinię o skali takiego ocieplenia można wyrobić sobie wiedząc, że podczas ostatniego zlodowacenia średnia temperatura Ziemi (chodzi, oczywiście, o powierzchnię) była właśnie o ok. 9 oC, tyle, że niższa niż dzisiaj. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze wynosiła wówczas zaledwie 190 do 200 części na milion, co stwierdzono na podstawie badań próbek lodu z Grenlandii i Antarktydy. Po ustąpieniu zlodowacenia poziom CO2 stopniowo wzrastał aż do osiągnięcia ok. 280 ppm na początku ery przemysłowej (a więc o ok. 40% w ciągu 10000 lat!). Jeżeli aktualny wzrost zawartości dwutlenku węgla utrzyma się (chociaż wszelkie ekstrapolacje wcale nie muszą się sprawdzać w przyrodzie), to w połowie XXI stulecia może ona osiągnąć 550 - 600 ppm. Stoimy więc wobec perspektywy podwojenia zawartości CO2 i, być może, jeszcze szybszego wzrostu zawartości innych gazów, takich jak np. metan (których efekt ogrzewający może dorównać efektowi CO2).
Według prognoz demograficznych liczba ludności na świecie także podwoi się do połowy XXI w., osiągając 10 miliardów. Jeżeli przyjąć, że wszystkie kraje będą coraz bardziej rozwinięte, to będą zatem zużywać więcej paliw, a emisja CO2 i innych gazów do atmosfery będzie ciągle rosła, niezależnie od środków ostrożności i rodzaju (jakości) spalanego paliwa.
Jaki może mieć to wpływ na środowisko na Ziemi? Czy będą jakieś pozytywne skutki ewentualnych zmian? Czy np. cieplejszy klimat nie spowoduje wzrostu plonów i zwiększenia ilości gruntów uprawnych? Na niektórych obszarach prawdopodobnie tak, ponieważ im większa jest zawartość CO2 w powietrzu, tym bardziej wydajne są niektóre rośliny. Większość modeli klimatu wykazuje, że w pewnych regionach globu, np. w Północnej Skandynawii, na Syberii, w Kanadzie, może się zwiększyć ilość opadów, co spowoduje wzrost lasów i zwiększenie plonów. Natomiast w dzisiejszych światowych spichlerzach ocieplenie może spowodować suszę w porze letniej. Ciągłe susze mogą zamienić żyzne dotąd obszary w półpustynie. Burze i huragany mogą stać się gwałtowniejsze. Lasy mogą zanikać i zmieniać się wraz ze wzrostem temperatury, zwierzęta zostaną zmuszone do migracji lub ulegną zagładzie. W arktycznej tundrze wieczna zmarzlina może się roztopić, a głębokie pokłady torfu zaczną się rozkładać, powodując emisję ogromnych ilości dwutlenku węgla i metanu. Wydaje się nieunikniony wzrost poziomu wody w oceanach i wtargnięcie ich wgłąb kontynentów, zarówno z powodu samego ocieplenia mórz (zwiększenie objętości) jak też roztopienia lodowców Antarktyki i Grenlandii. Znaczna część nisko położonych krajów, takich jak np. Bangladesz (już teraz nawiedzanych przez częste powodzie i tajfuny), zostanie zatopiona. Miasta: Wenecja, Miami, a nawet Nowy Jork mogą zostać zalane. Z drugiej strony nie jest wykluczone, że ocieplenie klimatu uruchomi mechanizm zwiększania lodowców, na skutek większej zawartości pary wodnej w atmosferze, która po ochłodzeniu przyniesie zwiększone ilości opadów śniegu w okolicach podbiegunowych. Takie scenariusze wynikają z badań historii Ziemi.
Badania zawartości dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej są prowadzone od 50 lat. Poziom CO2 wzrastał według rosnącej krzywej w kształcie piły (obrazującej cykle roczne) od 315 ppm (części na milion) w 1958 r. do ponad 355 ppm w 1990 r. Powietrze, uwięzione sto lat temu w lodowcu, zawierało tylko 280 ppm.
Ten systematyczny wzrost (o 27%) zawartości CO2 jest przez część naukowców przypisywany człowiekowi i jego maszynom. Jest to wynikiem przyjęcia założenia, że działalność gospodarki człowieka zakłóca równowagę między naturalną emisją i absorpcją gazów cieplarnianych.
Jednak z pewnością trzeba wziąć pod uwagę fakt, że istnieją inne, znacznie potężniejsze czynniki, mogące zakłócić taką równowagę. Na przykład Słońce.
Ponadto, ta równowaga jest z natury zmienna. W przeszłości występowały, bez ingerencji człowieka, tzw. optima klimatyczne i nie ma pewności co do trwałości tendencji obecnych zmian klimatu.
Obecność dwutlenku węgla w atmosferze może być też widziana z zupełnie odmiennego punktu widzenia: bez CO2 nie byłoby życia na Ziemi; asymilowany w procesie fotosyntezy CO2 umożliwia wytwarzanie potrzebnego do oddychania tlenu.
Czy działalność człowieka zakłóci naturalne mechanizmy przyrody w takim stopniu, że jakiekolwiek zmiany będą trudne do przewidzenia? Prognozy opierają się bowiem na znajomości zjawisk, które zachodziły w przeszłości. Symulacje komputerowe, które poprawiły sytuację w tej dziedzinie, wymagają pewnych upraszczających założeń i modeli opartych o badania historyczne.
Z historii wiadomo, że niewielkie zmiany średniej temperatury rocznej na Ziemi oznaczają bardzo znaczne różnice. Przykładowo, spadkowi średniej rocznej temperatury około roku 1350 o mniej więcej 0,5 oC towarzyszyło takie ochłodzenie klimatu, że osadnicy normańscy na Grenlandii (przybyli tam w okresie optimum klimatycznego prawie 400 lat wcześniej) zmuszeni zostali do opuszczenia wyspy, a rolnicy europejscy musieli porzucić znaczne ilości pól uprawnych.
Od połowy XIX w., wraz ze wzrostem uprzemysłowienia, średnia temperatura przy powierzchni Ziemi podniosła się o 0,5 oC. Nie da się jednak stwierdzić, że jest to skutek absorpcji ciepła przez wyprodukowane przez człowieka zanieczyszczenia atmosfery. Może to być spowodowane naturalną zmiennością ilości energii, dostarczanej przez Słońce. Człowiek ma jednak skłonność do patrzenia na wszystko przez pryzmat swoich spraw. Gwoli ścisłości należy nadmienić, że niektórzy klimatolodzy w ogóle powątpiewają, czy zmiana składu atmosfery prowadzi do jakiegokolwiek ocieplenia.
Efekt cieplarniany może okazać się poważny problemem, dotyczącym środowiska naturalnego. Jednak ludzkość miała już do czynienia z dużymi zmianami klimatycznymi.
Podstawową dziś, nierozstrzygniętą jak dotąd kwestią jest, czy działalność gospodarki człowieka ma istotny wpływ na zachodzące zmiany klimatu. Jeżeli zmiany zachodzą niezależnie od działalności człowieka i np. wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze nie jest przyczyną, lecz jest skutkiem ocieplenia klimatu (co jest bardzo możliwe) – to wydawanie ogromnych kwot na zmniejszenie emisji CO2 oznaczałoby marnotrawstwo środków, którymi dysponuje człowiek. Zamiast tego może lepiej ograniczyć wytwarzanie substancji trujących, produkować mniej śmieci oraz zmniejszyć stopień niszczenia zasobów naturalnych Ziemi. Człowiek powinien więcej nakładów przeznaczać na rozwój tzw. alternatywnych źródeł energii takich jak synteza jądrowa (może okazać się znacznie korzystniejsza i bezpieczniejsza niż rozpad jądrowy) czy wykorzystanie energii słonecznej.
Jeszcze jedna uwaga: jeżeli po jednej stronie są koszty – np. koszty wdrożenia projektu redukcji emisji CO2 – to po innej stronie są zyski. Po czyjej?
