Zamknij
Korzystamy z plików cookies i umożliwiamy zamieszczanie ich osobom trzecim. Pliki cookies ułatwiają korzystanie z naszych serwisów. Uznajemy, że kontynuując korzystanie z serwisu, wyrażasz na to zgodę.
Więcej o plikach cookies można dowiedzieć się na uruchomionej przez IAB Polska stronie : http://wszystkoociasteczkach.pl.


Teraźniejszość - wpływ człowieka na klimat

(materiały pochodzą z Encyklopedii Klimatologicznej "ESPERE"; www.espere.net)

Po raz pierwszy w historii ludzkości, człowiek zmienia klimat Ziemi poprzez emisje do atmosfery gazów zwiększających efekt cieplarniany. Główną ich przyczyną jest dramatyczne zwiększenie zużycia paliw kopalnych (węgiel, ropa i gaz), jakie nastąpiło od czasu Rewolucji Przemysłowej. Dzięki intensywnym badaniom w zakresie klimatologii odpowiedź na to pytanie jest już coraz lepiej znana. Międzyrządowy Panel do spraw Zmian Klimatu (ang. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)) w swoim trzecim raporcie z 2001 r., sporządzonym przez ekspertów z całego świata, stwierdza: nie ulega wątpliwości, że antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych znacząco przyczyniły się do zmian klimatu obserwowanych w ciągu ostatnich 30-50 lat.

Przyrost ludności świata
Scenariusz umiarkowanego przyrostu ludności świata (w miliardach).
Źródło: United Nations Population Division

Emisje antropogeniczne wzrastają. Liczba ludności świata także, podobnie jak konsumpcja na głowę mieszkańca, zwłaszcza w krajach rozwiniętych gospodarczo. Jak dotychczas optymalizacja procesów spalania paliw kopalnych wykorzystywanych do produkcji energii oraz zastosowanie odnawialnych źródeł energii nie są w stanie temu przeciwdziałać. Najprawdopodobniej zmiany klimatu będą więc postępować w kolejnych dekadach.

Dwa stanowiska w sprawie możliwych dalszych zmian klimatu

W literaturze światowej i polskiej dostrzegane są dwa stanowiska w sprawie możliwych dalszych zmian klimatu. Jedno z nich reprezentuje grupa badaczy, która uważa, że obserwowany w chwili obecnej okres cieplejszy jest kolejną fluktuacją klimatu, która w niedługim czasie ulegnie zakończeniu (być może już po 2015 roku) i rozpocznie się kolejny okres chłodniejszy w dziejach Ziemi.
Większość uczonych z tej grupy przyznaje, że człowiek dokonuje zmian klimatu w skali lokalnej, jednakże zgłaszają oni poważne zastrzeżenia, czy poprzez swoją działalność jest on wstanie wpłynąć na globalny bilans cieplny naszej planety.
Inna grupa specjalistów, zapewne bardziej liczna i znana uważa, że w wyniku uwalniania się do atmosfery znacznej ilości gazów cieplarnianych obserwujemy stopniowy wzrost temperatury zarówno powietrza jak i wody w oceanach, co prowadzi do tzw. globalnego ocieplenia. Proces ten jest nieuchronny, obejmuje całą planetę i będzie się utrzymywał jeszcze przynajmniej przez dziesiątki lat. Jednym z najbardziej opiniotwórczych gremiów skupiających specjalistów o takich poglądach jest Międzyrządowa Grupa Ekspertów ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC).
Według opinii IPCC wyrażonej w IV raporcie, który został opublikowany w 2007 roku, z 90% prawdopodobieństwem możemy powiedzieć, że obserwowane już w tej chwili globalne ocieplenie ma charakter trwały, a jego główną przyczyną jest ingerencja człowieka w środowisko naturalne.

  • Przykłady oddziaływania na klimat w skali globalnej

Człowiek od początku swojego istnienia odciskał swoje piętno na środowisku, w którym żył. Jednakże dawniej, skutki polowań czy uprawy roli były raczej lokalne. Zmieniła to Wielka Rewolucja Przemysłowa, która rozpoczęła się około roku 1750, a nabrała tempa w XIX i XX w. Rewolucja ta wywołała ogromne zmiany społeczne.
Rewolucja Przemysłowa rozpoczęła się, gdy zaczęto masowo produkować towary w wielkich fabrykach, przy użyciu maszyn zasilanych energią pozyskiwaną z węgla, a wkrótce także gazu i elektryczności. To znacznie ułatwiło ludziom produkowanie towarów i pozwoliło rozwinąć nowoczesną technologię. W czasach przedprzemysłowych nie było przecież kolei, samochodów, samolotów, światła elektrycznego, telefonów ani telewizji.
Im więcej produkujemy i zużywamy, tym większy wpływ wywieramy na środowisko wokół nas. W ciągu ostatnich 50 lat, po raz pierwszy w historii stało się dla nas jasne, że aktywność człowieka zmienia środowisko całej planety; stwarzamy problemy o zasięgu już nie tylko lokalnym, lecz również globalnym. Jednym z takich globalnych problemów jest ryzyko występowania zmian klimatu wywołanych działalnością człowieka, znane pod nazwą globalnego ocieplenia.

Pierwsze statki parowe

Pierwsze statki parowe
Źródło: The NOAA Photo Library

Przed rewolucją przemysłową, wszystkie statki były napędzane przez wiosła albo żagiel. Pierwsze statki motorowe były napędzane przez silniki parowe, zasilane węglem kamiennym.
  • Klimat miasta jako przykład oddziaływania w skali lokalnej

Wzrastająca liczba ludzi na świecie w coraz większym stopniu skupia się na terenach miejskich i w ogromnych aglomeracjach. Tereny zurbanizowane i uprzemysłowione charakteryzują się znaczną modyfikacją właściwości podłoża. Powierzchnie naturalne (łąki, lasy, pola) są zamienione na powierzchnie pokryte asfaltem czy betonem. To znacznie zmienia bilans cieplny i wodny tych obszarów, a także obieg wody, powoduje różnice temperatury powietrza, opadów atmosferycznych i zachmurzenia między miastem, a terenami pozamiejskimi. Wysokie budynki modyfikują przepływ powietrza.

Miejska wyspa ciepła

W mieście emisje i imisje zanieczyszczeń powietrza oraz dostawa sztucznego ciepła są znacznie wyższe niż w terenach wiejskich. Wiele różnych urządzeń gospodarstwa domowego, pieców, zakładów przemysłowych i samochodów znajduje się na terenie każdego miasta. Klimat miasta należy zatem omawiać osobno jako szczególny rodzaj klimatu lokalnego.
Wielkie miasta w porównaniu z terenami je otaczającymi dostarczają znacznie więcej ciepła do atmosfery. Powoduje to powstawanie na takich obszarach zjawiska „miejskiej wyspy ciepła”.

Centrum Houston
Centrum Houston
Źródło: Earth Sciences and Image Analysis Laboratory at Johnson Space Center

Udział miejskich wysp ciepła w globalnym wzroście temperatury obserwowanym w ostatnim stuleciu, a wynoszącym 0,4-0,8°C, jest oceniany na nie więcej niż 0,05°C. Zwłaszcza temperatury minimalne są w mieście wyższe niż w terenach wiejskich, co prowadzi do zmniejszenia dobowych amplitud temperatury powietrza. Chociaż klimat miast nie odgrywa większej roli w globalnym bilansie cieplnym, to dla nas ma duże znaczenie, gdyż większość ludzi mieszka i pracuje w miastach i spędza tam większość czasu. Nie bez znaczenia są także warunki mikroklimatyczne pomieszczeń zamkniętych i panujące tam zanieczyszczenie powietrza.

Światła Europy nocą
Światła Europy
Źródło: NASA GSFC Scientific Visualization Studio

Miasta nie są równomiernie rozmieszczone, ale często tworzą skupiska. Światła Europy nocą pozwalają to łatwo zobaczyć.

Wyspa ciepła nad miastem
Schematyczny przekrój przez miejską wyspę ciepła.

Albedo różnych powierzchni w mieście
Albedo różnych powierzchni w mieście

Powyższe ryciny ukazują wybrane cechy klimatu miasta. Wskutek ogrzewania domów zimą, działania klimatyzacji latem, procesów produkcyjnych w zakładach przemysłowych, intensywnego ruchu ulicznego i obecności innych źródeł ciepła, miasto dostarcza dużych ilości sztucznego ciepła. Dodatkowo, większość powierzchni miejskich pochłania więcej promieniowania słonecznego niż powierzchnie naturalne.
Albedo (czyli część całkowitego promieniowania słonecznego, która ulega odbiciu) jest zatem niskie. Miasta mają też tendencję do gromadzenia ciepła gdyż naturalne procesy ochładzające nie działają tak efektywnie jak poza miastem. Tam dużo energii jest zużywane na parowanie wody.
W mieście przeważają natomiast powierzchnie uniemożliwiające wsiąkanie wody w podłoże (asfalt, beton itp.). Woda opadowa znika szybko w kanalizacji miejskiej, stąd parowanie w mieście jest niewielkie.

Zanieczyszczenie powietrza

Na obszarach zurbanizowanych do powietrza są emitowane zarówno substancje organiczne (np. benzen, rozpuszczalniki, węglowodory), jak też nieorganiczne. Choć niektóre z substancji organicznych są rakotwórcze i niebezpieczne dla zdrowia ludzkiego, to z drugiej strony nie stanowią zagrożenia dla całego ekosystemu Ziemi w skali globalnej. W tej skali substancje organiczne są dostarczane do atmosfery głównie przez rośliny.

Głównym problemem miejskiego zanieczyszczenia powietrza, który ma istotny wpływ na system klimatyczny, są emisje nieorganiczne:

  1. wysokie emisje dwutlenku siarki,
  2. wysokie emisje tlenków azotu,
  3. lokalne duże stężenia niektórych rodzajów aerozoli (w skali globalnej to pył pustynny stanowi główny składnik aerozolu atmosferycznego),
  4. emisja niektórych substancji, które zakłócają naturalne cykle w atmosferze, np. freony.

Źródła NOx Źródła NOx w Europie wg sektorów w roku 2001.
Źródło danych: http://webdab.emep.int

Pomimo wprowadzenia do powszechnego użytku w samochodach katalizatorów, większość emisji dwutlenku azotu (NO + NO2 = NOx) pochodzi nadal ze spalin samochodowych.
 

Zakwaszenie i kwaśne deszcze

Dwutlenek siarki (SO2) jest emitowany do atmosfery przez zakłady przemysłowe, a przede wszystkim przez elektrownie (wskutek spalania węgla). Zakwaszenie powietrza i kwaśne deszcze są konsekwencją procesów utleniania siarki w powietrzu, co prowadzi do tworzenia się kwasu siarkowego. Ponadto z tlenków azotu tworzy się kwas azotowy. Zniszczenia spowodowane przez kwaśne deszcze można zobaczyć w lasach, ale także na budynkach.

Zamieranie lasu
Zamieranie lasu w górach spowodowane kwaśnymi deszczami (Rudawy, Niemcy)
Źródło: laif-Foto

Dziś już ten problem w Europie nie jest tak palący jak np. w latach siedemdziesiątych XX w. Emisje SO2 znacząco zmalały wskutek kryzysu ekonomicznego i ograniczenia produkcji przemysłowej w krajach postkomunistycznych, a także wskutek stosowania nowoczesnych technik, np. filtrów na kominach. Problemy te jednak narastają w południowo - wschodniej Azji. Ponadto zniszczenia poczynione przez kwaśne deszcze i zakwaszenie gleb w lasach wymagają dalszych, wieloletnich działań w celu ich naprawienia.

Scenariusze emisji dwutlenku siarki
Scenariusze emisji dwutlenku siarki (sulphur dioxide), tlenków azotu (nitrogen oxides) i dwutlenku węgla (carbon dioxide) w porównaniu do roku 1990. Wartość 100 oznacza emisje z 1990 r.
Źródło: UNEP GRID Arendal

Planowanie przestrzenne w mieście

W czasach historycznych miasta rozwijały się nie dbając o stan środowiska przyrodniczego. Dziś wiemy znacznie więcej o wpływie miasta na bilans cieplny, wodny, zmianę przepływu powietrza i skutki zmiany charakteru powierzchni. Gdy w mieście planuje się budowę nowych dzielnic to takie czynniki są brane pod uwagę.
Modele przyszłych wysokich budynków można poddać testom w tunelach aerodynamicznych, a nowoczesne domy można zbudować przy użyciu materiałów zapewniających energooszczędność. Techniki te są jeszcze dość drogie, ale mogą zadecydować o przyszłym wyglądzie miast.

Model Potsdamer Platz w Berlinie
Model Potsdamer Platz w Berlinie do testowania w tunelu aerodynamicznym
Zdjęcie: Elmar Uherek (Wystawa Klimatologiczna w Deutsches Museum Munich)

  • Efekt cieplarniany

Zmiany klimatu wywołane działalnością człowieka są spowodowane emisją gazów cieplarnianych do atmosfery. Pochodzą one z wielu źródeł, takich jak: fabryki i rolnictwo, które dostarczają nam pożywienia oraz innych dóbr materialnych, elektrownie, które dają nam prąd elektryczny, samochody i samoloty, dzięki którym możemy się swobodnie przemieszczać.
Gazy cieplarniane zmieniają klimat Ziemi, zwiększając natężenie efektu cieplarnianego - naturalnego zjawiska, w którym para wodna, dwutlenek węgla oraz inne gazy obecne w atmosferze, pozwalają przedostać się promieniom słonecznym do powierzchni Ziemi, lecz potem pochłaniają ogromną część tej energii, wypromieniowywanej z powrotem przez ziemię, ale w postaci ciepła. Gdyby nie gazy cieplarniane, energia ta trafiałaby w przestrzeń kosmiczną. Gdyby nie naturalny efekt cieplarniany, średnia temperatura Ziemi wynosiłaby około -18°C, a ziemia nie nadawałaby się do zamieszkania przez zamieszkujące je obecnie organizmy.
Emitowanie dużych ilości gazów cieplarnianych znacznie zwiększa ich zawartość w atmosferze, co z kolei zwiększa intensywność efektu cieplarnianego. Coraz więcej ciepła jest uwięzione w atmosferze. Skutkiem tego może być wzrost temperatury atmosfery i w rezultacie zmiana klimatu na Ziemi.

Przejście światła przez atmosferę
Efekt cieplarniany
Źródło: CICERO/Petter Haugneland

Światło słoneczne (światło widzialne) swobodnie przechodzi przez atmosferę (żółte linie po lewej stronie ryciny). Pewna jego część jest natychmiast odbita przez chmury, cząstki stałe w atmosferze i jasne powierzchnie (żółte linie pośrodku ryciny). Reszta jest pochłaniana przez podłoże i ogrzewa Ziemię. Gazy cieplarniane w atmosferze spowalniają ucieczkę ciepła z powrotem do przestrzeni kosmicznej (czerwone linie na rycinie).

Które gazy przyczyniają się do powstawania efektu cieplarnianego?

Najważniejszym gazem cieplarnianym jest para wodna (odpowiada ona za około 60% efektu cieplarnianego). Zakłada się jednak, że globalna zawartość pary wodnej w atmosferze nie zmieniła się zbytnio w ciągu ostatnich stuleci. Natomiast zawartość w powietrzu dwutlenku węgla, drugiego ważnego gazu cieplarnianego (odpowiedzialnego za około 20% efektu cieplarnianego), znacznie wzrosła - z 280 do 370 ppm* w porównaniu z epoką przed przemysłową. Także metan i ozon osiągają coraz większe globalne stężenie w powietrzu. Gazy cieplarniane należą do gazów śladowych, stanowiąc (z wyjątkiem CO2) 1 milionową lub nawet mniejszą część całkowitej masy atmosfery.

*1 ppm = 1 cząsteczka na 1 milion cząsteczek powietrza

W publikacjach naukowych udział w ocieplaniu się Ziemi jest nazywany wymuszaniem promieniowania (ang. radiative forcing). Mierzy się go w watach na metr kwadratowy (W/m2). Od początku ery przemysłowej, czyli od około 1750 r., do czasów współczesnych (prezentowane dane pochodzą z roku 2000), zawartość gazów cieplarnianych w powietrzu znacznie wzrosła wskutek działalności człowieka. Dane po prawej stronie pokazują wielkość wymuszania promieniowania spowodowaną przez dodatkowe, wyemitowane wskutek działalności ludzi gazy cieplarniane. Rycina pokazuje udział poszczególnych gazów cieplarnianych w tym procesie.

Udział (w %) poszczególnych troposferycznych gazów cieplarnianych w tzw. wymuszaniu promieniowania Gazy cieplarniane a wymuszanie promieniowania.
Autor: Elmar Uherek, żródło danych: raport IPCC TAR, 2001

Udział (w %) poszczególnych troposferycznych gazów cieplarnianych w tzw. wymuszaniu promieniowania (ang. radiative forcing) w okresie od 1750 r. (czyli przed epoką przemysłową) do 2000 r. Jest to miara dodatkowego antropogenicznego efektu cieplarnianego.
Jak widać CO2 ma na to największy wpływ.

Wielkość tzw. wymuszenia promieniowania, spowodowana przez oddziaływanie dodatkowych, wyemitowanych w latach 1750-°°2000 wskutek działalności ludzi, gazów cieplarnianych, w W/m2

1,46 CO2 (dwutlenek węgla)
0,48 CH4 (metan)
0,24 CFC 11+12 (chlorofluorowęglowodory)
0,35 trop. O3 (ozon troposferyczny)
0,15 N2O (podtlenek azotu)