English
Español
Français
中文
Deutsch
Italiano
বাংলা

ZMIANA KLIMATU

Pojęcie „zmiana klimatu” jest często zamiennie używane z terminem „globalne ocieplenie”. Biorąc jednakże pod uwagę szeroki rozmiar konsekwencji tego procesu poza podnoszeniem się średniej temperatury, pierwszy termin jest zazwyczaj preferowany przez środowisko naukowe.

Chemia

Dwoma głównymi gazami  o największym wpływie na naturalny efekt cieplarny ziemi jest para wodna oraz dwutlenek węgla. Metan, tlenek azotu, ozon oraz sześciofluorek siarki są kolejnymi gazami cieplarnianymi, ktore mają relatywnie mniejszy wpływ na ocieplanie ziemi ze względu na znacznie niższy poziom ich stężenia w atmosferze.

Od rozpoczęcia rewolucji przemysłowej aktywność człowieka spowodowała systematyczny wzrost kilku gazów cieplarnianych, w tym najbardziej znacząco dwutlenku węgla. Jest to tendencja, którą większość naukowców uważa za główną przyczynę antropogenicznego efektu cieplarnianego. Poprzez dwa ostatnie stulecia koncentracja dwutlenku węgla w naszej atmosferze wzrosła o około 30% w porównaniu do poziomu sprzed rewolucji przemysłowej, oraz podniosła się z poziomu około 270 cząsteczek na milion (ppm) do współczesnego poziomu 384 ppm. Dwutlenek węgla w atmosferze jest obecnie na najwyższym poziomie zaobserwowanym w ciągu ostatnich 150 000 lat. Jeżeli spalanie paliw kopalnych takich jak węgiel oraz ropa naftowa utrzyma się do następnego stulecia na prognozowanym poziomie, zawartość dwutlenku węgla w atmosferze osiągnie wymiar 600-700 ppm do 2100 roku.

Emisje innych cieplarnianych gazów mają również rosnącą tendencję. Atmosferyczna zawartość metanu podwoiła się od czasów preindustrialnych. Inne cieplarniane związki chemiczne takie jak freony, perfluorowęglowodory oraz hydrofluorowęglowodory są uzyskiwane w syntetyczny sposób i pojawiły się w atmosferze dopiero od czasów rozpoczęcia rewolucji przemysłowej.

Każdy z tych składników ma różny potencjał cieplarniany oraz unikalny czas połowicznego rozkładu, czyli typowy czas jaki dana cząsteczka utrzymuje się w atmosferze zanim zwiąże się w nowy związek chemiczny. Wiele cieplarnianych substancji, łącznie z metanem oraz cząsteczkami zawierąjacymi halogen przyczynia się często ze zwielokrotnioną siłą do efektu cieplarnianego w porównaniu do dwutlenku węgla. Całkowita objętość dwutlenku węgla jednakże w porównaniu z innymi śladowymi ilościami róznych gazów sprawia, że jest on najbardziej odpowiedzialny za antropogeniczny efekt cieplarniany. Ponadto, podczas gdy pewne cieplarniane gazy mają połowiczny czas rozkładu rzędu kilku dziesięcioleci, połowiczny rozkład dwutlenku węgla trwa około stulecia. Większość dwutlenku węgla która będzie wyemitowana w pierwszej dekadzie tego tysiąclecia, pozostanie w atmosferze do 2075 albo nawet 2100 roku.

System klimatyczny jest ekstremalnie skomplikowany i istnieje wiele czynników poza efektem cieplarnianym, które przyczyniają się do odchyleń od typowych warunkow klimatycznych. Istnieje coraz więcej dowodów popierających twierdzenie, że wpływ działalności ludzkiej zmienia klimat naszej planety. Wielu czołowych ekspertów naukowych w tej dziedzinie twierdzi, że ocieplenie klimatu jakie doświadczyliśmy w XX wieku jest przynajmniej w części spowodowane działalnością ludzką. Ponadto, Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu (IPCC) doszedł do konsensusu, że „bilans dowodów sugeruje, że istnieje wyraźny wpływ działalności człowieka na globalny klimat”.

Fizyka

Efekt cieplarniany jest niezbędną podstawą życia potrzebną do przetrwania organizmów na naszej planecie. Bez efektu cieplarnianego, Ziemia byłaby zimną planetą, ze średnią temperaturą poniżej zera. Efekt cieplarniany stanowi izolację dla ziemi i nadaje jej łagodną temperaturę powierzchniową, która pozwala na bujne życie organizmów.

Używając bardzo prostego modelu, możemy przewidzieć średnie temperatury gruntowe na ziemi przy braku efektu cieplarnianego. Wiadomo, że około 300 watów (W) energii słonecznej pada na jeden metr kwadratowy (m2) naszej planety. Około 30 procent tej energii jest odbita, pozostawiając średnio 240 W/m2 które zostają zaabsorbowane.

Wszystkie obiekty o temperaturze powyżej absolutnego zera emitują promieniowanie i ziemia nie jest wyjątkiem. Powołując się na fizykę, moc emitowana przez ciało doskonale czarne (za które dla uproszczenia uznamy ziemię) to sT4, gdzie T to temperatura absolutna a s to stała Stefana-Boltzmanna.

Jeśli uznać, że ziemia i przestrzeń są w stanie równowagi promieniowania oznacza to, że nie ma przyrostu lub utraty ciepła netto przez naszą planetę. W takiej sytuacji możemy uzyskać temperaturę ziemi jako funkcję nasłonecznienia oraz stałej Stefana-Boltzmanna. Z naszego modelu uzyskujemy średnią gruntową temperaturę ziemi wysokości 255 stopni Kelvina (K), albo około 0 stopni Fahrenheita (-18 Celcjusza). Wiele obszarów ziemi byłoby nawet zimniejsze. Wyobraź sobie większość naszej planety pokrytej warunkami które są kojarzone z polarnymi oraz subpolarnymi terenami. Taka planeta byłaby zdecydowanie niegościnna dla większości form życia na ziemi.

Na szczęście, średnia temperatura naszej planety jest dużo bardziej przyjazna: 288 K (58 F, 15 C), pozwalając na umiarkowane warunki panujące na większości powierzchni ziemi, które są sprzyjające dla form życia jakie teraz znamy. Brakujące ogniwo naszego modelu to efekt cieplarniany – gazy, które ocieplają naszą planetę o około 60 stopni Fahrenheita (33 C) i powodują warunki klimatyczne współcześnie nam znane. Dwa podstawowe gazy cieplarniane w naszej atmosferze to dwutlenek węgla oraz para wodna. Do innych gazów cieplarnianych zalicza się metan oraz freony. Te substancje absorbują promieniowanie podczerwone - rząd długości fal w której ziemia emituje energię. Następnie emitują tą energię dalej kierując jej część z powrotem na powierzchnię ziemi. To stanowi dodatkowe źródło ciepła które ogrzewa ziemię ponad srogie temperatury uzyskane z naszego nie-cieplarnianego modelu.

Współzależności pomiędzy zmianą klimatu, zanieczyszczeniem powietrza oraz ozonem

Istnieje wiele skomplikowanych współzależności pomiędzy zanieczyszczeniem powietrza, dziurą ozonową oraz zmianą klimatu. Przemysłowa oraz rolnicza działalność człowieka jest napędzającym czynnikiem przyczyniającym się do tych problemów. W wielu przypadkach działania mające na celu ograniczenie emisji w jednym przypadku będą mialy wpływ na inne problemy.

Freony (CFC) które są glówną przyczyną zmniejszania się stężenia ozonu w stratosferze należą również do silnych gazów cieplarnianych, dlatego działania mające na celu ograniczenie ich zużycia są ważne z punktu widzenia ograniczenia ocieplania klimatu a także dla utrzymywania stratosferycznej warstwy ozonowej.  W podobny sposób akcje, które mają na celu zastąpienie spalania paliw odnawialną energią lub zwiekszanie efektywności i wydolności obecnych metod ,również przyczyniają się do podniesienia jakości powietrza którym oddychamy.

Czasami jednakże, muszą istnieć kompromisy pomiędzy tymi celami, jako że kontrole są zazwyczaj kierowane w stronę tylko jednego aspektu ochrony środowiska. Filtry  instalowane w elektrowniach węglowych, które pomagają redukować emisję zanieczyszczeń mogą w rezultacie przyczyniać się do wzrostu konsumpcji energii oraz zwiększenia emisji dwutlenku węgla. Zarówno podwyższenie średniej temperatury na ziemi jak i pomniejszanie się stężenia ozonu w stratosferze jest w stanie przyczynić się do fotochemicznych reakcji które powodują powstawanie przygruntowej warstwy ozonu lub smogu i w większości przypadków pogarszają problem zanieczyszczenia powietrza, co do pewnego stopnia neguje efektywność wielu kontroli poziomu zanieczyszczeń powietrza.

Bogata zawiłość klimatu na ziemi oznacza, że nie możemy być pewni jakie będą konsekwencje zwiększonego stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Więcej badań oraz udoskonalanie modeli ogólnej cyrkulacji (GCM) jest potrzebnych żeby zmniejszyc margines błędu w obecnych przewidywaniach klimatu.

Modele ogólnej cyrkulacji są programami komputerowymi, które symulują klimat ziemi uwzględniając olbrzymi numer zmiennych opisujących fizyczne i chemiczne właściwości atmosfery, oceanów oraz kontynentów. Podczas ostatniego dziesięciolecia jakość tych modeli dramatycznie się podniosła dzięki coraz szybszym i sprawniejszym komputerom. Mimo wszystko, kilka słabości pozostaje i muszą być one poprawione, żeby podnieść dokladność GCM. Dużo pozostaje do zrobienia w precyzji symulowania zachowania oceanów. Dodatkowo, fizyka chmur jest wciąż słabo zrozumiana i nakłada się to na podniesienie stopnia niepewności do obecnych modeli ogólnej cyrkulacji.

Wraz z kolejnymi badaniami zasilanymi nieustannie rosnącymi możliwosciami obliczeniowymi komputerów, rozdzielczość modeli powinna się poprawić w ciągu nadchodzących kilku lat, pozwaląjac naukowcom określić bardziej dokladną skalę ocieplenia, podnoszenia się poziomu morza oraz lepszą ocenę regionalnych efektów ocieplenia klimatu.