Prvo stvar koja nam upada u oči jest to da svi oni koji pričaju o globalnom zagrijavanju ne mogu sastaviti dvije rečenice a da ne spomenu učinak (ili efekt) staklenika (greenhouse effect) i stakleničke plinove (GHG, greenhouse gas). Da nas ne zaboli svaki put kad nas pogode tako velikim riječima pokušajmo odgovoriti na nekoliko pitanja.
Izravno ili neizravno, skoro sva energija koju iskorištavamo potječe od Sunca; čak i fosilna goriva koja danas naveliko rabimo predstavljaju davno uskladištenu Sunčevu energiju u biljkama (ugljen) i životinjama (nafta).
Odakle Suncu ta energija? Sunce je golema (ima 333 000 puta veću masu od Zemlje) užarena kugla u kojoj se vodik (više od 600 milijuna tona svake sekunde) nuklearnim reakcijama fuzije pretvara u helij oslobađajući velike količine energije (svake sekunde 4×1026 J). Držeći se Planckovog zakona zračenja za tijela zagrijana na 6000 K, Sunce svoju energiju rasporedi tako da se 9 % se nalazi u ultraljubičastom (120-400 nm), 41.5 % u vidljivom (400-760 nm) a 49.5 % u infracrvenom dijelu (iznad 760 nm) elektromagnetnog spektra, s maksimumom zračenja u vidljivom području, na valnoj duljini od 480 nm (Slika 4.). [15]
Slika 4. Spektralna gustoća energijskog toka upadnog Sunčevog zračenja i toplinskog zračenja Zemlje (Krpan-Lisica, 2001.). → Preuzimanje slike visoke kvalitete
8 minuta i 19 sekundi kasnije, mali djelić Sunčevog zračenja (tek 0.000000045 %) stigne do Zemlje - gdje ga mi onda prepotentno nazovemo ukupno Sunčevo zračenje (TSI, Total Solar Irradiance). Od tog ukupnog Sunčevog zračenja Zemlja apsorbira oko 70 % (23 % u atmosferi a 47 % na površini) a 30 % reflektira nazad u svemir (od atmosfere, oblaka, mora i kopna). Kako izgleda ukupna Zemljina energetska bilanca možete vidjeti na Slici 5. [16, 17]
Slika 5. Prosječna godišnja energetska bilanca Zemlje (Trenberth, 2009.).
Ovako zagrijana Zemlja i sama zrači. Međutim, kako je Zemlja relativno hladna (oko 15 °C), a kao i Sunce drži se Planckovog zakona, njeno zračenje nalazi se u području većih valnih duljina, od 2 μm do 30 μm (infracrveno područje). Na Slici 4. prikazana je spektralna gustoća energijskog toka, Eλ, prizemnog upadnog zračenja Sunca i toplinskog zračenja Zemlje, u ovisnosti o valnoj duljini, λ .
Dok se molekule CO2, koje se nalaze u atmosferi, prema upadnom Sunčevu zračenju ponašaju kao prozirno tijelo, za zračenje sa Zemlje ponašaju se skoro kao crno tijelo. Drugim riječima, molekule CO2 dobro propuštaju prema Zemlji vidljivo Sunčevo zračenje, a gotovo potpuno apsorbiraju infracrveno zračenje koje se emitira sa Zemlje, pa ono ne uspijeva izravno proći kroz atmosferu. Apsorbirano zračenje molekule CO2 potom emitiraju, dijelom prema višim slojevima atmosfere, a dijelom natrag prema Zemlji. To povratno infracrveno zračenje pomaže održavanju relativno visokih temperatura na površini Zemlje. Na taj način dobiva se učinak sličan onom u staklenicima, zbog čega se i naziva učinkom (efektom) staklenika (točnije bi bilo učinkom atmosfere). Pojam učinak staklenika uveo je još u 18. stoljeću francuski matematičar i fizičar Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768.-1830.). Zahvaljujući učinku staklenika prosječna godišnja temperatura površine Zemlje iznosi ugodnih 15 °C (288 K), a bez njega bi bila prohladnih -18 °C (255 K), odnosno čak 33 stupnja niža.
Zato što, ostvare li se najcrnja predviđanja, rezultati globalnog zatopljenja u idućem stoljeću dovest će do porasta razine oceana i otapanja ledenjaka, povećat će se broj i ozbiljnost ekstremnih vremenskih događaja (nastajat će veće i jače oluje, valovi, vrućine, poplave, …), zbog toplije okoline doći će do masovnog razmnožavanja raznih kukaca i time će se znatno utjecati na javno zdravlje.
Neki klimatolozi smatraju da će i, ukoliko se nastavi globalno zagrijavanje, doći do naglog topljenja grenlandskog ledenog pokrivača pri čemu će se toliko sniziti temperatura i salinitet Atlantskog oceana da će se zaustaviti njegove velike struje, a rezultat toga će biti naglo zahlađenje, odnosno mini ledeno doba.
A za sve to biti će kriv čovjek i njegovo nekontrolirano ispuštanje stakleničkih plinova.
Ajmo to reći školski: staklenički plinovi su plinovi koji omogućuju nesmetan prolaz Sunčeve svjetlosti kratkih valnih duljina (vidljivi dio spektra i ultraljubičasto zračenje), a apsorbiraju zračenje duljih valnih duljina (infracrveno zračenje).
Ugljikov dioksid nije ni jedini, ni najobilniji, ni najefikasniji staklenički plin. Tu su još i vodena para (H2O), ozon (O3), metan (CH4), dušikov(I) oksid (N2O) te neki čisto sintetički plinovi kojih inače nema u prirodi: klorofluorougljici (CFC), hidrofluorougljici (HFC), perfluorougljici (PFC), sumporov heksafluorid (SF6) da nabrojimo samo najvažnije. Međutim, kako se njihovi apsorpcijski spektri znaju preklapati, kada je riječ o efektu staklenika, dva plus dva ne daju uvijek četiri. Kad bi se uklonio sav CO2 iz atmosfere samo 15 % manje infracrvenog zračenja bi se apsorbiralo; a ako bi CO2 bio jedini staklenički plin, on bi apsorbirao samo 26 % infracrvenog zračenja što se trenutno apsorbira u atmosferi.
Radi lakšeg mjerenja utjecaja emisija i trgovine emisijama (sic!) međunarodno je dogovoreno da se utjecaj svakog stakleničkog plina izrazi kao ekvivalent ugljikovog dioksida (CO2e, equivalent carbon dioxide), koji se dobije množenjem mase dotičnog stakleničkog plina s pridruženim potencijalom globalnog zatopljenja (GWP, Global Warming Potential). Sam GWP je definiran kao omjer učinkovitosti apsorbiranja Sunčevog IR zračenja 1 kg određenog stakleničkog plina u točno određenom vremenskom razdoblju i učinkovitosti apsorbiranja Sunčevog IR zračenja 1 kg referentnog plina (obično CO2) u istom tom vremenskom razdoblju. GWP se izračunava za točno određeno vremensko razdoblje (najčešće 20, 100 i 500 godina), koje se obavezno navodi prilikom prikazivanja vrijednosti GWP-a. [18]
U Tablici 1. su prikazane procjene vrijednosti GWP-a nekih stakleničkih plinova objavljene 2007. g. u Četvrtom izvješću o klimatski promjenama što ga izdaje IPCC.
Plin | životni vijek (godine) | GWP (20 godina) | GWP (100 godina) |
---|---|---|---|
CO2 | 5-200 | 1 | 1 |
CH4 | 12 | 72 | 25 |
N2O | 114 | 289 | 298 |
CCl3F | 45 | 6730 | 4750 |
CHF3 | 270 | 12000 | 14800 |
SF6 | 3200 | 16300 | 22800 |
Morate znati da učinak određenog stakleničkog plina ovisi o njegovom životnom vijeku u atmosferi, tj. o vremenu potrebnom da se promatrani plin ukloni iz atmosfere i prijeđe u neki drugi oblik (npr. CO2 fotosintezom u biomasu i O2) i naravno, o količini dotičnog plina u atmosferi. Doprinos najvažniji stakleničkih plinova efektu staklenika, na nebu bez oblaka, možete vidjeti na Slici 6. [19]
Slika 6. Doprinos najvažnijih prirodnih stakleničkih plinova efektu staklenika (Kiehl, 1997.). → Preuzimanje slike visoke kvalitete
Najobilniji i najvažniji staklenički plin u atmosferi je vodena para. Kad bi se uklonili oblaci i svi ostali staklenički plinovi sama vodena para apsorbirala bi 60 % Zemljinog zračenja. Sadržaj vodene pare u atmosferi jako varira – kreće se od preko 100 % u izrazito vlažnim (tropskim kišnim šumama) do skoro 0 % u izrazito suhim predjelima (pustinjama – dvije najveće svjetske pustinje su vruća Sahara i hladni Antartik). Životni vijek molekule vode u atmosferi iznosi tek jedan tjedan. O utjecaju vode u atmosferi na globalno zatopljenje i o utjecaju globalnog zatopljenja na količinu vode u atmosferi mogli bi nadugačko raspravljati. Za sada dovoljno vam je znati dvije činjenice: prvo, topliji zrak može primiti puno više vodene pare od hladnog, i drugo, oblaci rashlađuju Zemlju (više se Sunčevog zračenja s oblaka reflektira u svemir nego što se Zemljinog zračenja reflektira nazad na površinu). Ljudske aktivnosti (osim samog globalnog zagrijavanja) ne dodaju značajnije količine vodene pare u atmosferu te se ona ne smatra za antropogeni staklenički plin. [20]
Ugljikov dioksid (CO2) prirodni je dio atmosfere, koji u koncentracijama u kojima je prisutan u atmosferi ne djeluje štetno na zdravlje - i bez kojeg ne bi bio moguć život na Zemlji. Čak što više, obogaćivanje atmosfere ugljikovim dioksidom kod povrtnih kultura u staklenicima uobičajena je praksa koja rezultira većom kvalitetom i kvantitetom proizvedenog povrća. Povećanjem koncentracije CO2 iznad 1000 ppm dobivaju se do 40 % viši prinosi. Nemojte zaboraviti ni činjenicu da se staklenici zagrijavaju kako bi se postigla optimalna temperatura za rast biljaka. Zašto je onda povećanje koncentracije CO2 u atmosferi štetno? [21, 22]
Kontinuirana mjerenja koncentracije CO2 obavljaju se od 1958. godine u opservatoriju Mauna Loa na Havajima, daleko od izvora industrijskog onečišćivanja. Svi ste vjerojatno već vidjeli njihove podatke ali možete ih pogledati još jednom na Slici 7. ovaj put preslikanih preko prosječnih godišnjih temperatura u Sjedinjenim državama. Uočljiv je stalni rast koncentracije CO2 uz sezonske varijacije koje nastaju zbog bioloških procesa koji troše i oslobađaju CO2. Zašto količina CO2 u atmosferi stalno raste? [23, 24]
Slika 7. Koncentracija CO2 u atmosferi (opservatorij Mauna Loa - Havaji) uspoređena s promjenom prosječne godišnje temperature u SAD (NOAA, 2011.). → Preuzimanje slike visoke kvalitete
Glavni krivac za stalni rast količine CO2 u atmosferi je sagorijevanje fosilnih goriva (u energetici, prijevozu, proizvodnji cementa i sl.). Specifična emisija pojedinih proizvoda sagorijevanja dosta ovisi o vrsti goriva (pogledajte u Tablici 2. kako to izgleda kod proizvodnje električne energije). Tek da znate, ploča na kojoj ste jutros skuhali kavu troši 2 kW/h. Primijetite i to da na emisiju dušikovih oksida malo utječe vrsta goriva – što je logično jer njihov izvor nije spaljivanje goriva nego spaljivanje zraka. Smanjenje njihove emisije postiže se boljim konstrukcijama ložišta. Izraz NOx upotrebljava se za smjesu NO i NO2 nastalu pri visokim temperaturama u ložištima tijekom sagorijevanja goriva (uglavnom nastaje NO ali često, pri brzom hlađenju dimnih plinova uz suvišak kisika, nastanu i znatnije količine NO2).
Vrsta goriva / Proizvod sagorijevanja | H2O | CO2 | CO | SO2 | NOx | CmHn | Pepeo i čađa |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Ugljen | 145 | 1070 | 0.054 | 7.9 | 2.35 | 0.032 | 0.86 |
Teško loživo ulje | 200 | 720 | 0.001 | 7.2 | 2.4 | 0.096 | 0.29 |
Lako loživo ulje | 230 | 710 | 0.001 | 2.02 | 2.4 | 0.038 | 0.067 |
Zemni plin | 390 | 550 | 0.001 | 0 | 1.85 | 0.037 | 0.055 |
Ni količina CO2 nastala u prijevozu nije zanemariva. Po procjeni Međunarodne organizacije za proizvodnju motornih vozila (OICA, Organisation Internationale des Constructeurs d'Automobiles) u svijetu je 2010. proizvedeno 77 609 901 novo vozilo. Točan broj automobila na cestama je nepoznat - po nekim procjenama kreće se oko 800 milijuna. Pokušajte sami izračunati koliko prijevoz utječe na povećanje razine CO2 ako znate da se za spaljivanje jedne litre benzina potroši 1 200 L kisika (5 700 L zraka) pri čemu nastane 2.38 kg CO2. Jedna zanimljivost: samo 5 % energije iz goriva troši se na prebacivanje putnika s jednog mjesta na drugo, ostalih 95 % troši se na prebacivanje samog automobila. [25]
U tablici 3. nalazi se 20 zemalja koje u atmosferu ispuštaju 80 % svjetske emisije ugljičnog dioksida. Mizernih 158 tisuća tona CO2 nedostajalo je Poljskoj za ulazak u taj ekskluzivni klub. [26]
1997. godina | 2007. godina | ||||
---|---|---|---|---|---|
Zemlja | Ukupna emisija (Tg CO2) | Udio u ukupnoj produkciji | Ukupna emisija (Tg CO2) | Udio u ukupnoj produkciji | |
1. | Kina | 3469.510 | 14.82 | 6538.367 | 22.30 |
2. | Sjedinjene države | 5472.972 | 23.37 | 5838.381 | 19.91 |
3. | Indija | 1043.940 | 4.46 | 1612.362 | 5.50 |
4. | Rusija | 1482.557 | 6.33 | 1537.357 | 5.24 |
5. | Japan | 1268.943 | 5.42 | 1254.543 | 4.28 |
6. | Njemačka | 898.672 | 3.84 | 787.936 | 2.69 |
7. | Kanada | 483.234 | 2.06 | 557.340 | 1.90 |
8. | Velika Britanija | 554.216 | 2.37 | 539.617 | 1.84 |
9. | Južna Koreja | 428.269 | 1.83 | 503.321 | 1.72 |
10. | Iran | 290.617 | 1.24 | 495.987 | 1.69 |
11. | Meksiko | 376.748 | 1.61 | 471.459 | 1.61 |
12. | Italija | 432.134 | 1.85 | 456.428 | 1.56 |
13. | Južna Afrika | 371.328 | 1.59 | 433.527 | 1.48 |
14. | Saudijska Arabija | 216.826 | 0.93 | 402.450 | 1.37 |
15. | Indonezija | 278.659 | 1.19 | 397.143 | 1.35 |
16. | Australija | 334.060 | 1.43 | 374.045 | 1.28 |
17. | Francuska | 379.487 | 1.62 | 371.757 | 1.27 |
18. | Brazil | 321.200 | 1.37 | 368.317 | 1.26 |
19. | Španjolska | 264.460 | 1.13 | 359.260 | 1.22 |
20. | Ukrajina | 328.329 | 1.40 | 317.537 | 1.08 |
UKUPNO | 18 696.161 | 79.85 | 23 619.141 | 80.56 | |
76. | Hrvatska | 19.780 | 0.07 | 24.840 | 0.08 |
Afrika (54 zemlje) | 809.724 | 3.46 | 1133.086 | 3.86 | |
Svijet | 23 413.534 | 100.00 | 29 319.295 | 100.00 |
Antropogeni izvori metana i dušikovih oksida uglavnom su vezani uz poljoprivredu. Prema izvješću iz studenog 2006. Organizacije za prehranu i poljodjelstvo (FAO, Food and Agriculture Organization) Ujedinjenih naroda uzgoj stoke odgovoran je za oko 18 % ukupnog ispuštanja stakleničkih plinova (što je više od prijevoza). [27]
Većina ljudi dušikov(I) oksid (N2O) zna kao plin za smijanje ali, u zadnje vrijeme, među klimatolozima se sve češće čuje da je to plin za plakanje. Razlog je što je smanjivanjem upotrebe CFC-a on postao glavni krivac za uništavanje ozonskog omotača. N2O nastaje u tlu i moru procesima nitrifikacije (bakterije pretvaraju NH3 u NO3) i denitrifikacije (druge bakterije pretvaraju NO3 u N2). Emisije iz procesa povezanih s ljudskom aktivnošću (oko 70 % otpada na poljoprivredu) konstantno se povećavaju podižući koncentraciju N2O u atmosferi za oko 1 % svake četiri godine. Procjena da na prirodne izvore N2O otpada 64 % od ukupne količine jako je diskutabilna zbog nemogućnosti procjene je li nitrat u vodama prirodnog ili antropogenog porijekla. [28]
Smanjivanjem (isušivanjem) močvara prirodni izvori metana (CH4) pali su na samo 37 % u ukupnoj količini CH4 koji se emitira u atmosferu svake godine. Glavni proizvođač metana postali su probavni procesi milijardi životinja, koje prde (ispuštaju vjetrove) i seru (ispuštaju izmet), uzgajanih da postanu hrana sve brojnijem stanovništvu Zemlje.
Istraživanja su pokazala da se pri proizvodnji 1 kg junećeg mesa oslobađa količina stakleničkih plinova ekvivalentna 21.73 kg CO2 (Tablica 4.). [29]
Izvor | Emisija (kg CO2e) | Emisija (%) |
---|---|---|
Probava CH4 | 3 443 082 | 63 |
Izmet CH4 | 273 592 | 5 |
Izmet N2O | 1 244 506 | 23 |
Umjetno gnojivo N2O | 206 828 | 4 |
Energija CO2 | 277 705 | 5 |
Ukupna emisija | 5 445 713 | 100 |
(Ukupno je proizvedeno 417 710 kg žive vage, a težina očišćenih polutki bila je 250 626 kg). |
Kad pojedete jedan hamburger (primjerice McDonaldsov Big Mac od 214 g) vaš doprinos povećanju koncentracije stakleničkih plinova ekvivalentan je spaljivanju 2 L benzina. Ali ako vas ovaj podatak natjera da u cilju zaštite okoliša, ako već ne zbog vašeg zdravlja, uzmete mlijeko za doručak, morate znati činjenicu da svaka krava muzara na jugu SAD-a prosječno godišnje daje 6 700 kg mlijeka pri čemu proizvede 194 kg metana (probava 118 kg, izmet 76 kg). To daje omjer od 1 kg metana iz crijevnih izvora za svaki 34.5 kg mlijeka.
Sjećate se formule za ekvivalent ugljikovog dioksida?
CO2e (metana) = m (metana) · GWP = 1 kg · 72 = 72 kg CO2e
ili otprilike 2 kg CO2e po litri mlijeka.
Deforestacija. Iza te riječi krije se najveća žrtva čovjekovog slijepog bauljanja naprijed. Šume. Ložimo ih u pećima radi njihove energije, trujemo ih kiselim kišama iz istih tih peći, sječemo ih i palimo kako bi dobili mjesta za proizvodnju biogoriva. A šume zovu "plućima Zemlje".
Voda, CO2, minerali iz tla i sunčevo zračenje osnovne su komponente iz kojih biljke fotosintezom stvaraju spojeve neophodne za život na Zemlji. Procjenjuje se da godišnja primarna produkcija biomase, u svjetskim oceanima i na kontinentima, iznosi oko 146 milijardi tona (od toga samo oko 5 % otpada na poljoprivrednu proizvodnju). Koliko je CO2 vezano u šumama? [30]
Kako bi izračunali količinu ugljika (iz CO2) vezanog u biljkama potrebno vam je znati neke stvari. Prvo, prilikom izgaranja tropske šume nastaje otprilike 1.6 kg CO2 po kilogramu gorive biomase. I drugo, količina suhe tvari, odnosno biomase, za tipičnu tropsku šumu iznosi oko 200 t/ha (20 000 t/km2). Deforestacija dakle djeluje dvostruko na povećanje CO2: s jedne strane smanjuje broj stabala koja vezuju CO2 a s druge strane oslobađa CO2 koji je vezan u njima. [31, 32]
Ekstremnom brzinom uništavaju se amazonske kišne šume kako bi se stvorili pašnjaci i polja za uzgoj soje, glavne stočne hrane i sirovine za proizvodnju biodizela. Brazil je u samo deset godina udvostručio površinu pod sojom: 2000. je s 13.6 milijuna hektara ubrao 34.7 milijuna tona soje a već 2010. proizvodi rekordnih 69 milijuna tona na 23.5 milijuna hektara uglavnom otetih amazonskoj prašumi. [33]
Nemojte zaboraviti da šume, osim što su izvor sirovina za drvnu industriju i proizvodnju energije, imaju još neke korisne funkcije. Šume pročišćavaju zrak, zadržavaju vode, sprečavaju eroziju tla, smanjuju snagu vjetra i dom su mnogim životinjama i biljkama. Šume također proizvode i kisik, a mislim da ne trebam objašnjavati čemu služi kisik. Ali alotropska modifikacija kisika, ozon, već je druga priča.
Citiranje ove stranice:
Generalić, Eni. "Globalno zagrijavanje i čovjek." EniG. Periodni sustav elemenata. KTF-Split, 18 Jan. 2024. Web. {Datum pristupa}. <https://www.periodni.com/enig/globalno_zagrijavanje_i_covjek.html>.
Članci i tablice