Efekt staklenika i Kyotski protokol (1. dio)

Uvod

Klimu se danas često proučava kao sistem kojeg čine atmosfera, hidrosfera, kriosfera, biosfera i geosfera Taj je sistem vrlo složen i povezan je brojnim interakcijama među pojedinim komponentama. Premda su danas istraživanja klime brojna, postoje brojne nepoznanice koje je potrebno istražiti i dokazati. Osnovni izvor energije za sve klimatske procese u atmosferi je Sunce. Danas se zna da promjene do kojih dolazi pri Zemljinoj rotaciji i revoluciji, kao i same promjene aktivnosti Sunca mogu dovesti do značajnih klimatskih promjena na Zemlji. Ipak, sam mehanizam tih promjena nije u potpunosti poznat. Od svoje pojave na Zemlji ljudi su nastojali promijeniti okoliš u kojem žive i prilagoditi ga svojim potrebama. Međutim, nakon industrijske revolucije taj utjecaj postaje toliki da počinje utjecati na Zemlju u cjelini. Posebno se to može vidjeti na primjeru klime. Promjene klime imaju veliko značenje budući da je to globalna pojava i ni jedna država nije od toga izuzeta. Premda danas znanstvenici nisu suglasni koliki je utjecaj čovjeka na klimatske promjene, nesumnjivo je da je čovjek utjecao na klimu. Promjene klime koje se za 21. stoljeće predviđaju mogle bi imati velike posljedice za život na Zemlji, pa i za samog čovjeka.

Prirodni proces efekta staklenika

Gotovo sva toplina koju Zemlja dobiva dolazi od Sunca u obliku kratkovalne radijacije (100 jedinica) (sl. 1). Ta se radijacija dijelom odbija od atmosfere, a ostatak se u atmosferi reflektira ili raspršuje te oko 48 jedinica odlazi do Zemljine površine. Atmosfera apsorbira oko 18 jedinica sunčeve radijacije. Zemljina površina apsorbira 43 jedinice radijacije (koju Zemlja dobiva od Sunca), ona sama počinje emitirati radijaciju. Međutim, kako je Zemlja hladno tijelo, radijacija koju Zemlja emitira je dugovalna. To je dugovalna radijacija Zemljine površine ili terestrička radijacija. Ona iznosi 116 jedinica. Dugovalnoj radijaciji treba dodati svu ostalu radijaciju koja pridonosi zagrijavanju atmosfere. Ukupno, tako zagrijana atmosfera ima 151 jedinicu. Ona zrači dugovalnu radijaciju. To se naziva protuzračenje atmosfere. Točnije, na protuzračenje atmosfere otpada 96 jedinica, a 55 jedinica odlazi u svemir. Za razliku od kratkovalne radijacije koju staklenički plinovi uglavnom propuštaju, dugovalnu radijaciju uglavnom apsorbiraju i ponovo emitiraju.


Sl. 1. Radijacijska i energetska bilanca sistema Zemljina površina-atmosfera.
(izvor: http://www.atmosphere.mpg.de/enid/252.html)

Za efekt staklenika vrlo su važni staklenički plinovi. To su svi plinovi koji reflektiraju Zemljino dugovalno zračenje natrag prema Zemljinoj površini i doprinose efektu staklenika. Najvažniji staklenički plinovi su vodena para (H2O), ugljikov dioksid (CO2), metan (CH4), dušikov oksid (N2O), klorofluorougljici (freoni – CFC; Freon 11-CCl3F; Freon 12 – CCl2F2), ozon (O3) u troposferi, sumporni dioksid (SO2), drugi oksidi dušika, ugljični monoksid itd. Svi staklenički plinovi u atmosferi se pojavljuju u vrlo malim udjelima. Otprilike 60 do 70% efekta staklenika posljedica je vodene pare, 25% ugljičnog dioksida, 5% metana, dušikovog oksida 2% i 1% freona. Ostali plinovi imaju pojedinačno manje od 1% ukupnog efekta staklenika. Premda je vodena para najznačajniji staklenički plin, ona je u analizama efekta staklenika često zanemarena budući da je prostorno i vremenski vrlo varijabilna, zbog čega je teško procijeniti njezin utjecaj.

Zbog opisanog zračenja, ako se gleda Zemlja u cjelini, površina Zemlje ima «višak» topline, a atmosfera «manjak». Ta se razlika ujednačava konvekcijom te procesom evaporacije i kondenzacije. Naime, kada isparava, vodena para veže latentnu toplinu, dok se kondenzacijom u višim dijelovima atmosfere latentna toplina oslobađa.

Vrlo važnu ulogu u efektu staklenika imaju oblaci. Njihovu ulogu treba razlikovati od uloge vodene pare. Oblaci se sastoje od kapljica vode i čestica leda. Oni sa svoje gornje površine reflektiraju kratkovalnu sunčevu radijaciju, dok s druge strane s donje površine apsorbiraju Zemljinu infracrvenu radijaciju i emitiraju radijaciju prema površini Zemlje. Ta radijacija ponovo sudjeluje u zagrijavanju Zemlje. Tako oblaci pojačavaju efekt staklenika. Utjecaj naoblake na kretanje dnevne temperature dobro je poznat. Oblaci više energije reflektiraju u svemir nego što u sklopu protuzračenje atmosfere reflektiraju na površinu. Zato oblaci imaju ukupni ohlađujući efekt. Ipak, zbog konvekcije i advekcije, temperaturne razlike na Zemlji koje tako nastaju se smanjuju.

Ovo je samo dio procesa koji  se događaju u atmosferi. Postoji još niz procesa koji se uključuju u izmjenu topline u klimatskom sistemu. Efekt staklenika ima veliko značenje za život na Zemlji. Bez njega bi površina Zemlje bila 36 °C hladnija nego što je sada, što ukazuje na važnost atmosfere za izmjenu topline na Zemlji. Prema tome efekt staklenika je prirodan proces i od presudne je važnosti za život na Zemlji.

Utjecaj čovjeka na efekt staklenika

Od kada se čovjek pojavio na Zemlji, on je mijenjao okoliš u kojem je živio. Početkom 19. stoljeća, s industrijskom revolucijom, čovjek je počeo značajnije utjecati na Zemlju u cjelini, a time i na sastav atmosfere. Utjecaj čovjeka očituje se kroz povećanje stakleničkih plinova, promjeni udjela aerosola u atmosferi i promjene Zemljinog okoliša. Posljedice toga do izražaja dolaze tek u posljednjih nekoliko desetljeća. Ovdje će biti riječ o najviše o promjeni udjela stakleničkih plinova koje je uzrokovao čovjek.

Najviše pozornosti pri proučavanje efekta staklenika pridaje se ugljikovom dioksidu (sl. 2.). Slika 3. prikazuje velike izvore ugljikovog dioksida. Njegova je koncentracija bila je 1800. godine 270-290 ppm. Koncentracija ugljikovog dioksida koja se mjeri na Havajima, na 4000 metara visokom vrhu planine Maune Loe porasla je s 316 ppm, koliko je iznosila 1958. godine, na 369 ppm 1998. godine. Ovako veliki porast koncentracije ugljikovog dioksida posljedica je prvenstveno spaljivanja fosilnih goriva i deforestacije. Smatra se da je u atmosferi ostalo otprilike 50% ugljikovog dioksida koji je emitiran ljudskom aktivnošću. Najveći dio su apsorbirali oceani. Ugljikov dioksid u atmosferi vezan je za kruženje ugljika u prirodi. Ne zna se točno kako će se tako naglo povećanje koncentracije ugljikovog dioksida utjecati na proces kruženja ugljika u prirodi i kolike prirodne oscilacije u tom sistemu mogu biti. Za količinu ugljikovog dioksida u atmosferi veliku ulogu ima proces fotosinteze. Čovjekov je utjecaj na živi svijet toliki da je nemoguće procijeniti kakve će posljedice na proces fotosinteze imati promjene u različitim ekosistemima. Važnu ulogu u tom procesu ima fitoplankton u relativno hladnim morima. Promjene u tom ekosistemu također mogu utjecati na navedene procese. Osim toga, zagrijavanje mora, kao posljedica globalnog zagrijavanja, može dovesti do otpuštanja velikih količina ugljikovog dioksida u atmosferu.


Sl. 2. Promjena koncentracije ugljikovog dioksida u atmosferi u posljednjih 1000 godina. Izrazit porast vidljiv je u drugoj polovici 20. stoljeća.
(izvor: http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/25.shtml)

Još jedan staklenički plin kojem se koncentracija u posljednjih 250 godina udvostručila je metan. U prirodi metan ima brojne izvore nastanka, nastaje razgradnjom organskih tvari bez prisustva kisika. Ljudskim djelovanjem metan nastaje uzgojem riže, uzgojem stoke (bakterije u želucu jedne krave dnevno proizvedu oko 100 l metana!), na odlagalištima otpada, iskorištavanjem i transportom zemnog plina i u termoelektranama. Ipak, u posljednjih desetak godine koncentracija metana pada, premda nije sigurno je li to posljedica ravnoteže između rasta proizvodnje riže i uništavanja prirodnih močvara ili posljedica povećanja hidroksilnih radikala u atmosferi.


Sl. 3. Geografska raspodjela izvora emisije ugljikovog dioksida.
(izvor: Slika 3.)

O freonima i ozonu obično se govori u kontekstu ozonskih rupa. Međutim, oba ta plina su i staklenički plinovi. Važno je spomenuti sa se ovdje govori o ozonu u troposferi. Naime freoni, posebno CFC11 i CFC12, staklenički su plinovi. Oni ne postoje u prirodi, već su nastali umjetnim putem. Međutim, kako razaraju ozon u troposferi koji je također staklenički plin, njihov efekt nije toliko izražen. Umjesto njih, kako bi se zaštitio ozonski omotač, danas se upotrebljavaju plinovi koji ne štete ozonu, najviše flourougljikovodici (HFC), ali oni su staklenički plinovi. Svi ti plinovi imaju dugi životni vijek, a kemijski su inertni, što znači da će se dugo zadržati u atmosferi.

Dušikov oksid, čija koncentracija također raste, nastaje kao posljedica poljoprivredne i industrijske proizvodnje te prometa. Dušikov oksid ima 310 puta veće djelovanje na efekt staklenika od ugljičnog dioksida.

Osim navedenih postoje i drugi plinovi koji se zbog ljudskog djelovanja emitiraju u atmosferu, a koji imaju izrazito veliki utjecaj na efekt staklenika. Jedan od njih je sumporni heksaflourid (SF6). Taj se plin, zbog svojih svojstava upotrebljava kao ispuna za gume i prozore i u sistemima za zračno kočenje. Osim toga, nije otrovan, ni zapaljiv. Otkriveno je da je to plin s najvećim potencijalom za pojačavanje efekta staklenika. Jedna tona sumpornog heksaflourida ima stakleničko djelovanje u sljedećih 100 godina kao 23000 tona ugljičnog dioksida. Osim toga, životni vijek toga plina je 3200 godina, što znači da će na efekt staklenika djelovati u idućim tisućljećima.

Zbog povećanja koncentracije stakleničkih plinova dolazi do povećanja prosječne temperature na Zemlji. Međutim, koliko će to povećanje biti i kakav će to utjecaj na promjenu klime imati, ne zna se točno. Postoje brojni modeli koji nastoje prognozirati količinu stakleničkih plinova u budućnosti i porast temperature na Zemlji, ali su razlike velike. U načelu, prema podacima koji se koriste postoje pesimistične, srednje i optimistične procjene. Razlog takvom mnoštvu procjena nije samo činjenica što se ne mogu sa sigurnošću prognozirati buduće emisije stakleničkih plinova, već i činjenica da se zbog povratne sprege mnogi procesi ne mogu do kraja predvidjeti.

Posebno je to teško utvrditi jer su ti procesi međusobno povezani. Tako povećanje aerosola u atmosferi, doprinosi hlađenju Zemlje. Ipak, koliki je utjecaj tog procesa u potpunosti nije poznato. Kopnjenje leda i smanjivanje snježnog pokrova dovodi do smanjenja albeda. Zbog toga dolazi do još jačeg zagrijavanja i daljnjeg smanjivanja površina pod ledom i snježnim pokrivačem. Riječ je o pozitivnoj povratnoj sprezi. Veliku nepoznanicu predstavlja ponašanje oblaka. Naime, na zna se kako će se oni ponašati zbog globalnog zatopljenja. Ako će se naoblaka povećati, zbog velikog albeda, imat će rashlađujući efekt. Također, valja uzeti u obzir i promjene ostalih elemenata klimatskog sistema, a ne samo atmosfere.

Danas se smatra da će se do 2100. godine koncentracija ugljikovog dioksida u atmosferi povećati između 50 do 300%. Prema nekim procjenama temperatura na površini Zemlje povisiti će se između 1 do 5 °C. Za usporedbu, u dvadesetom stoljeću temperatura se povećala za 0,6 do 0,7 °C, ali to povećanje nije bilo ujednačeno. Značajan rast temperature opažen je od 1976. godine, i to u prosjeku 0,18 °C u desetljeću (sl .4.). Procjene se, s novim spoznajama, stalno mijenjaju te se i dalje raspravlja o povezanosti porasta stakleničkih plinova i porasta temperature. Premda neki znanstvenici dovode u pitanje tu vezu, velika je većina znanstvenika koji se bave promjenama klime potvrdila da zbog porasta udjela stakleničkih plinova u atmosferi dolazi do povećanja temperature na Zemlji. To potvrđuju i brojni dokazi; povlačenje ledenjaka, smanjenje površine leda na Arktiku i ledenog pokrova Grenlanda, naročito u toplom dijelu godine. Također, primijećeno je i kontinuirano povišenje razine mora, zbog zagrijavanja oceana i otapanja leda. Brojne se biljne i životinjske vrste sele u nova staništa zbog promjene temperature. Posebno u ugroženi koraljni grebeni, kao posljedica velike osjetljivosti koralja na promjene temperature mora.


Sl. 4. Promjene temperature pri površini Zemlje od 1976. do 2000. godine
(izvor: http://www.ipcc.ch/graphics/graphics/2001syr/large/05.19.jpg)

Kakve će posljedice imati povećanje temperature na površini Zemlje teško je predvidjeti. Postoje razni modeli i većina pokazuje da će se vremenske prilike promijeniti. Generalno gledano vremenske prilike će biti ekstremnije. Zime će biti toplije, ali su moguća kraća razdoblja vrlo hladnog vremena. Također, ljeti će biti moguće veliki valovi topline. Nesumnjivo se očekuje povećanje vrućih dana. Očekuje se i veća učestalost nepogoda i tropskih ciklona, kao i povećanje njihove razornosti.

Većina modela predviđa zatopljenje u umjerenim geografskim širinama sjeverne polutke u hladnom dijelu godine, gdje bi trebalo doći do smanjenja leda na Arktiku i snježnog pokrivača na kontinentima sjeverne polutke (sl. 5.). Posebna se pažnja posvećuje prostorima u kojima bi se u budućnost mogla javljati suša. Tako se očekuje povećanje sušnosti u Velikim ravnjacima u SAD-u, u prostoru subsaharske Afrike te u velikim dijelovima Indije i Kine. Smatra se da će veliki dio semiaridnih prostora postati aridni. S obzirom na broj stanovnika, posljedice mogu biti vrlo velike. Na južnoj polutki zatopljenje će se manje osjetiti.


Sl. 5. Jedan od scenarija promjene temperature do 2100. godine.
(izvor: http://www.ipcc.ch/graphics/graphics/2001syr/large/05.20.jpg)

 

Napisao: Mladen Maradin

IZVOR: www.geografija.hr

Related Posts

Tags

Share This

Comments Closed