EFEKT CIEPLARNIANY I ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA 1

EFEKT CIEPLARNIANY Ziemia posiada atmosferę, której grubość wynosi ponad 1000 kilometrów. Atmosfera zawiera masy powietrza, które zatrzymują i magazynują ciepło pochodzące ze słońca pod postacią promieniowania podczerwonego. Podwyższenie temperatury Ziemi będące skutkiem zatrzymywania energii słonecznej przez gazy cieplarniane nazywane jest efektem cieplarnianym lub szklarniowym, również zjawisko to określa się jako globalne ocieplenie. 2

CO POWODUJE GLOBALNE OCIEPLENIE? emisja i kumulacja w atmosferze gazów cieplarnianych – ozonu, dwutlenku węgla, metanu, tlenku azotu, dwutlenku siarki, 3

rozwój przemysłu i motoryzacji, spalanie drewna i paliw kopalnianych (węgla, ropy, gazu ziemnego), wycinanie lasów tropikalnych, spalanie toksycznych odpadów, wykorzystywanie freonów przy produkcji lodówek, aerozoli, rozpuszczalników, uwalnianie dużych ilości metanu i CO2 – zwłaszcza w Euroazji i Ameryce Północnej, zmniejszanie obszarów leśnych, stosowanie azotanów w uprawach rolniczych, ogromne ilości śmieci i odpadów. Główne przyczyny tkwią w samym życiu i działalności człowieka na Ziemi. 4

JAK POWSTAJE EFEKT CIEPLARNIANY? Schemat 1. Mechanizm powstawania efektu cieplarnianego. Pewna część promieniowania przenika w głąb atmosfery bez większych przeszkód i dociera do Ziemi, częściowo odbijając się od niej, a częściowo zostaje pochłonięta – ogrzewając ją. Ogrzana Ziemia wysyła następnie długofalowe promieniowanie, które jest wielokrotnie pochłaniane (absorbowane) i emitowane przez kolejne warstwy atmosfery, w wyniku czego ogromna jego większość zawracana jest ku jej powierzchni zanim zdąży przedostać się w przestrzeń kosmiczną. Energia tego promieniowania, tak zwanego promieniowania zwrotnego, zostaje zatrzymana w atmosferze ziemskiej w postaci ciepła. Promieniowanie zwrotne jest podstawową przyczyną występowania na naszej planecie efektu cieplarnianego. 5

GAZY CIEPLARNIANE Gazy cieplarniane są lotnymi substancjami chemicznymi, których budowa pozwala na zatrzymywanie i magazynowanie energii cieplnej oraz przekazywanie jej do powierzchni Ziemi w postaci promieniowania podczerwonego. Dotychczas zidentyfikowano 30 gazów cieplarnianych, z czego 5 ma swój udział w efekcie cieplarnianym: Ozon O3 Para wodna H2O Dwutlenek węgla CO2 Tlenki azotu NOx Metan CH4 Freony Tabela 1. Procentowy udział gazów szklarniowych w efekcie cieplarnianym. 6

W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI CZŁOWIEKA: DWUTLENEK WĘGLA CO2 Zakres pochłaniania promieniowania przez dwutlenek węgla przypada w obszarze największego natężenia promieniowania ziemskiego. Dlatego, pomimo znacznie mniejszego stężenia w atmosferze, gaz ten ma wielkie znaczenie w powstawaniu efektu cieplarnianego. Pojawianie się CO2 w atmosferze: W SPOSÓB NATURALNY: wybuchy wulkanów – wyrzucany wraz z innymi gazami i pyłami, pożary lasów i stepów – spalanie biomasy, produkt oddychania zwierząt. W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI CZŁOWIEKA: spalanie paliw kopalnianych – węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego, spalanie biomasy – podczas wypalania dużych obszarów lasów pod uprawy. 7

W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI CZŁOWIEKA: METAN CH4 Jeszcze 150 lat temu metan emitowany był do atmosfery tylko w sposób naturalny. W obecnych czasach emisja ta gwałtownie wzrosła, czego powodem jest rozwój rolniczy i przemysłowy działalności człowieka oraz wykorzystywanie metanu jako paliwa. POJAWIANIE SIĘ CH4 W ATMOSFERZE: W SPOSÓB NATURALNY: uwalniany z bagien i trzęsawisk, wydzielany w dużych ilościach przez kopce termitów. W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI CZŁOWIEKA: uprawy ryżu, hodowla przeżuwaczy – głównie bydła, wypalanie lasów pod uprawy – szczególnie w rejonach tropikalnych lasów deszczowych np. dżungli amazońskiej, uwalniany w przemysłowych procesach spalania paliw kopalnianych. 8

W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI CZŁOWIEKA: FREONY Spośród innych gazów cieplarnianych freony są jedynymi, których emitowanie do atmosfery jest związane tylko i wyłącznie z działalnością człowieka. Ich zastosowanie rozpoczęło się w latach 40. XX wieku i z każdym kolejnym rokiem następuje ich wzrost. Pojawianie się freonów w atmosferze: W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI CZŁOWIEKA: w urządzeniach chłodniczych – jako medium chłodzące, w rozpylaczach kosmetycznych i gaśnicach, wyższe freony wykorzystywane jako smary i oleje izolacyjne. Czas życia freonów w atmosferze waha się od 60 do nawet 400 lat, co sprawia, że pomimo zmniejszenia emisji freonów do atmosfery ich zawartość w powietrzu wciąż wzrasta! Wykres 1. Procentowy skład freonów w różnych dziedzinach zastosowań 9

W WARUNKACH NATURALNYCH: OZON O3 ZNACZENIE OZONU W ZJAWISKU EFEKTU CIEPLARNIANEGO NIE JEST JEDNOZNACZNE: ozon obecny w stratosferze w postaci warstwy ozonowej zmniejsza efekt cieplarniany, ograniczając dostęp promieniowania ultrafioletowego do najniższych warstw atmosfery, cząsteczki ozonu absorbują pewne zakresy promieniowania emitowane przez Ziemię, co powoduje, że jest jednym z gazów, które potęgują zjawisko efektu cieplarnianego. Powstawanie ozonu: W WARUNKACH NATURALNYCH: podczas wyładowań elektrycznych w atmosferze. Przez człowieka ozon wytwarzany jest w ozonizatorach i jest stosowany do: dezynfekcji wody, neutralizacji biologicznej ścieków, bielenia olejów, wosków, skrobi. 10

TLENKI AZOTU: PODTLENEK AZOTU N2O Średnio w atmosferze rocznie przybywa 3 – 4,5 mln ton podtlenku azotu. Pojawianie się podtlenku azotu w atmosferze: W WARUNKACH NATURALNYCH: procesy mikrobiologiczne w glebie – głównie w lasach tropikalnych i w lasach strefy umiarkowanej, procesy mikrobiologiczne w wodach – głównie oceanicznych. W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI CZŁOWIEKA: spalanie paliw kopalnianych, wypalanie lasów, stosowanie nawozów azotowych. 11

Pojawianie się pary wodnej w atmosferze: PARA WODNA H2O Para wodna jest podstawowym czynnikiem wywołującym efekt cieplarniany, jej udział w tym zjawisku waha się od 95-99%. W dużym stopniu pochłania ona długofalowe promieniowanie podczerwone (IR) wysyłane przez powierzchnię Ziemi. Reemitując je, przyczynia się do zmniejszania nocnych oziębień powierzchni Ziemi i dolnych warstw atmosfery. Pojawianie się pary wodnej w atmosferze: parowanie z powierzchni wód oceanów, mórz, jezior, rzek, z wilgotnego gruntu, transpiracja (czynne parowanie) z nadziemnych części roślin. Im wyższa temperatura tym większe parowanie wody, więc wzrasta zawartość pary wodnej w atmosferze, co z kolei pobudza efekt cieplarniany – wzrost temperatury. Mechanizm ten tworzy sprzężenie zwrotne, które może pogłębić efekt cieplarniany.

TEORIE DOTYCZĄCE EFEKTU CIEPLARNIANEGO Różnice poglądów dotyczą przyczyn, kierunku zmian klimatycznych, ich nasilenia oraz konsekwencji mogących z nich wynikać. Klimat Ziemi zależy od wielu zmiennych, które są często trudne do przewidzenia. EFEKT CIEPLARNIANY Podwyższenie średniej temperatury powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Zmiany zasięgu ekosystemów. Zmiany zasięgu upraw. Zmiany zasięgu hodowli zwierząt. Pustynnienie żyznych terenów uprawnych. Zmniejszenie produkcji żywności na świecie.

Wymieranie gatunków – zubożenie różnorodności biologicznej. EFEKT CIEPLARNIANY Podwyższenie średniej temperatury powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Zmiany zasięgu ekosystemów. Wypieranie jednych ekosystemów przez inne. Możliwy zanik pewnych ekosystemów. Wymieranie gatunków – zubożenie różnorodności biologicznej.

Zwiększenie opadów atmosferycznych. EFEKT CIEPLARNIANY Podwyższenie średniej temperatury powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Zaburzenie cyrkulacji powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Anomalie pogodowe. Huragany. Susze. Wzrost zagrożenia powodziami i osuwiskami. Zwiększenie opadów atmosferycznych.

Zwiększenie parowania wody z oceanów – wzrost zachmurzenia. EFEKT CIEPLARNIANY Podwyższenie średniej temperatury powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Zwiększenie parowania wody z oceanów – wzrost zachmurzenia. Zwiększenie opadów atmosferycznych. Przyrost pokrywy lodowcowej. Wzrost zagrożenia powodziami i osuwiskami. Obniżenie się poziomu oceanu światowego. Zwiększenie obszarów dobrze odbijających promieniowanie słoneczne – osłabia ocieplenie.

Zaburzenia cyrkulacji wód oceanicznych. EFEKT CIEPLARNIANY Podwyższenie średniej temperatury powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Ocieplenie oceanów. Zaburzenia cyrkulacji wód oceanicznych. Wzrost poziomu wody w oceanach. Lokalne silne zaburzenia klimatyczne. Zalanie fragmentów obszarów lądowych. Wzrost zagrożenia powodziowego wywołanego cofaniem się rzek.

Zmniejszenie powierzchni obszarów pokrytych lodowcami. EFEKT CIEPLARNIANY Podwyższenie średniej temperatury powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Topnienie lądolodów. Zmniejszenie powierzchni obszarów pokrytych lodowcami. Wzrost poziomu wody w oceanach. Ochłodzenie oceanów. Ocieplenie oceanów. Zwiększenie obszarów absorbujących promieniowanie słoneczne – spotęgowanie promieniowania.

Topnienie wiecznej zmarzliny. EFEKT CIEPLARNIANY Podwyższenie średniej temperatury powietrza w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Topnienie wiecznej zmarzliny. Zwiększenie uwalniania metanu do atmosfery.

NATURALNY EFEKT CIEPLARNIANY: Naturalny efekt cieplarniany do zjawisko powszechne w przyrodzie, polegające na podwyższeniu temperatury naszej planety. Proces ten wywołują: gazy cieplarniane, płyny i aerozole, które zawieszone są w atmosferze. Naturalny efekt cieplarniany jest zjawiskiem pożądanym na Ziemi, ponieważ kształtuje on warunki życia na naszej planecie. Z badań wynika, że naturalny efekt cieplarniany podnosi temperaturę Ziemi o 20oC, nawet do 34oC. Przeciętna temperatura Ziemi stanowi 14 - 15oC, a bez występowania naturalnego efektu szklarniowego wynosiłaby około -19oC, co uniemożliwiłoby istnienie życia na Ziemi. Proces powstawania naturalnego efektu cieplarnianego: promieniowanie słoneczne emituje energię cieplną, która dociera do Ziemi, powoduje to nagrzanie atmosfery i ogrzanie powierzchni, tym samym nagrzewają się lasy, wody i reszta otoczenia, Ziemia nie pochłania całego promieniowania – część zostaje odbita, każda jasna powierzchnia również odbija światło i energię cieplną, chmury i niektóre gazy przepuszczają i pochłaniają energię, przez co powodują wzrost temperatury na Ziemi. 20

EFEKT CIEPLARNIANY A GLOBALNE OCIEPLENIE KLIMATU Efekt cieplarniany ma ogromny wpływ na zmiany klimatyczne występujące na całym świecie. Spowodowane są głównie ludzką działalnością gospodarczą. Główne zmiany klimatyczne zaobserwowane na przełomie XX i XXI wieku spowodowane były gwałtownym wzrostem rozwoju przemysłu na całym świecie. Są to przede wszystkim: wzrost średnich temperatur o około 0,6 stopnia Celsjusza wzrost emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych do atmosfery, co jest wynikiem szkodliwego promieniowania ultrafioletowego oraz uszkodzenia warstwy ozonowej chroniącej naszą ziemię przed tym promieniowaniem. Inne zmiany klimatyczne występujące głównie na obszarach zimnych, podbiegunowych to wzrost średnich temperatur, bowiem aż o 3oC, co doprowadza do powolnego topnienia się lodowców, a z czasem może wywołać podniesienie stanu wód oceanicznych i morskich, oraz całkowite zalanie terenów znajdujących się w odległości ok. 100 km od mórz i oceanów. Globalne ocieplenie klimatu powoduje znaczące zmiany w porach roku: ocieplenie się klimatu w zimie występowanie upalnych, wręcz suchych pór letnich ogólne przesuniecie się stref klimatycznych w stronę terenów równikowych, czego skutkiem jest powiększanie się obszarów zupełnie suchych. 21

Te zmiany klimatyczne w przyszłości mogą doprowadzić do poważniejszych katastrof klimatycznych takich jak: systematyczne topnienie lodowców poważne podniesienie się wód oceanicznych występowanie susz występowanie silnych wiatrów wywołujących huragany i trąby powietrzne cykliczna obecność ulewnych deszczy doprowadzająca do powodzi na niektórych obszarach ziemskich. 22

JAK ZAPOBIEGAĆ OCIEPLENIU KLIMATU Zmniejszyć ilość spalanego paliwa, czyli przede wszystkim dwutlenku węgla. Kompleksowa kontrola i modernizacja maszyn elektrycznych, silników spalinowych oraz izolacji cieplnych znajdujących się w budynkach Zastąpienie zużywanej ropy naftowej gazem ziemnym. Wprowadzenie w przemyśle zupełnie innowacyjnych technologii, które w 100% będą bezpieczne dla środowiska naturalnego. Na co dzień, wśród najbliższego otoczenia zapobiegać występowaniu nadmiernych emisji spalin oraz innych związków chemicznych do środowiska. Ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, które odpowiedzialne są za zatrzymywanie zwiększonych ilości promieniowania cieplnego w atmosferze naszej planety Powstrzymanie destrukcji obszarów leśnych, głównych regulatorów zawartości tlenu i dwutlenku węgla w atmosferze. Międzynarodowe działania w tym zakresie to przede wszystkim wprowadzenie globalnych i krajowych limitów emisji gazów cieplarnianych w efekcie spalania stosowanych dotychczas paliw. W 1992 roku na szczycie Ziemi w Rio de Janeiro 153 państwa, w tym także Polska, podpisały konwencję w sprawie zmian klimatu. Chodzi o ograniczenie emisji dwutlenku węgla, metanu, tlenku azotu, HFC i PFC – organicznych związków chemicznych stosowanych w przemyśle. 23

ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA Zanieczyszczenia powietrza są główną przyczyną zagrożeń środowiska. O zanieczyszczeniu możemy powiedzieć, gdy w składzie powietrza obecne są gazy, ciecze i ciała stałe nie będące jego naturalnymi składnikami lub też występujące w stężeniach nieodpowiadających naturalnemu składowi atmosfery ziemskiej. Z uwagi na swoją mobilność mają możliwość skażenia obszarów na dużych odległościach. Do atmosfery przedostają się zanieczyszczenia, które podzielić można na: gazowe pyłowe. Najistotniejsze z nich to:  dwutlenek siarki, tlenki azotu, pyły węglowe, tlenek i dwutlenek węgla, ozon troposferyczny, ołów oraz pyły. Źródłem ich emisji jest: uprzemysłowienie i zrost liczby ludności, przemysł energetyczny i transportowy źródła naturalne. 24

Zanieczyszczenia pochodzenia naturalnego to: wybuchy wulkanów, pożary lasów i stepów, wydzielanie gazów przez tereny bagniste, parowanie słonych mórz i oceanów, erozja skał i gleb, opadanie pyłu kosmicznego itd. Zanieczyszczenie powstałe na skutek działalności człowieka ukazuje poniższa tabela: Tabela 2. Zanieczyszczenia powstałe na skutek działalności człowieka Najwięcej zanieczyszczeń powietrza wytwarza przemysł paliwowo – energetyczny (ponad 50%), przemysł metalurgiczny (ok. 20%) oraz przemysł chemiczny. Największe ilości substancji zanieczyszczających powietrze powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych (węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny itp.). Najpoważniejszymi skutkami zanieczyszczenia powietrza są: efekt cieplarniany, dziura ozonowa, smog i kwaśne deszcze. Zanieczyszczenie Wartość emisji w tys. ton (1997) Dwutlenek siarki (SO2) 2368 Dwutlenek azotu (NO2) 1154 Dwutlenek węgla (CO2) 373200 Niemetanowe lotne związki organiczne 1089 Amoniak (NH4) 364 Pyły 1250 25

Schemat 1. Źródła zanieczyszczenia powietrza spowodowane działalnością człowieka 26

STAN POWIETRZA W POLSCE Polska zajmuje niechlubne, trzecie miejsce w zanieczyszczeniu powietrza na świecie, gdyż krajowa energetyka oparta jest na węglu, który jest paliwem uciążliwym dla środowiska. Minusem są też wadliwe technologie spalania i brak skutecznych instalacji oczyszczających. Najwięcej zanieczyszczeń emitują elektrownie, elektrociepłownie, spalanie węgla w gospodarstwach domowych, transport, przemysł hutniczy, chemiczny i budowlany. Mapa 1. Mapa przedstawia rejony o najwyższym zanieczyszczeniu powietrza. 27

OCHRONA POWIETRZA Ograniczenie wydobycia paliw kopalnych. Ograniczenie spalania węgla. Zwiększenie udziału źródeł odnawialnych w produkcji energii. Fabryki, huty i inne ośrodki przemysłu posiadające kominy odprowadzające gazy spalinowe powinny stosować filtry kominowe. Zamontowanie w swych autach różnego rodzaju katalizatorów, które wpływają na jakość spalania benzyny. Stosowanie benzyny bezołowiowej. Korzystanie ze środków transportu publicznego oraz pojazdów nie zanieczyszczających powietrza atmosferycznego, np. rower. Stosowanie systemów odsiarczania spalin. Stosowanie urządzeń odpylających. 28

Zagadnienia związane z ochroną powietrza reguluje ustawa z dnia 31 stycznia 1980 r. o ochronie i kształtowaniu środowiska. Ustawa ta określa zasady ochrony i racjonalnego kształtowania środowiska, zmierzające do zapewnienia współczesnemu i przyszłym pokoleniom korzystnych warunków życia. W  1997 roku podpisano międzynarodowe porozumienie, zwane Protokołem z Kioto.  Kraje, które je ratyfikowały, zobowiązały się zredukować do 2012 roku własne emisje o co najmniej 5% poziomu emisji z roku 1990. Do największych przeciwników protokołu należą Stany Zjednoczone. Nie uznały go również Chiny, które są największym w świecie emitentem gazów cieplarnianych. 29

Wpływ zanieczyszczeń powietrza na zdrowie człowieka Zanieczyszczenia powietrza są wchłaniane przez ludzi głównie w trakcie oddychania. Wonne substancje są uciążliwe dla organizmów ludzi. Są to bardzo często węglowodory aromatyczne (związki węgla i wodoru o budowie pierścieniowej)mające właściwości rakotwórcze. Podwyższone stężenie dwutlenku siarki w powietrzu atmosferycznym powoduje u ludzi podrażnienie błon śluzowych. Objawia się to występowaniem kaszlu, obrzęku błon śluzowych oraz skurczów mięśni oskrzelowych. Toksyczny jest także ołów emitowany do atmosfery. Zatrzymuje on wytwarzanie enzymów niezbędnych do syntezy hemoglobiny, uszkadza ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy, zakłóca pracę wątroby, nerek i serca. Długotrwałe wdychanie pyłów nieorganicznych prowadzi do powstania pylicy płuc – przewlekłej choroby układu oddechowego. Zanieczyszczenia powietrza mogą również powodować zaburzenia reprodukcji oraz alergie. 30