Efekt cieplarniany — co to takiego?

Czy w komunikatach meteorologicznych z różnych części ziemi nie dostrzegasz pewnej prawidłowości? W każdym razie zwrócił na nią uwagę dr James E. Hansen, dyrektor amerykańskiego Instytutu Badania Przestrzeni Kosmicznej im. Goddarda, podlegającego NASA (Państwowy Urząd Lotnictwa i Astronautyki). W czerwcu 1988 roku oznajmił, że cały ten upał nie jest zwykłym przypadkiem wytłumaczalnym statystycznie. Swoje dramatyczne oświadczenie przed Senatem USA zakończył słowami: „Czas zaprzestać czczej gadaniny i przyznać: Istnieją dostateczne dowody, że to efekt cieplarniany”.

EFEKT cieplarniany. Zapewne już nieraz słyszałeś to wyrażenie. Nie odnosi się ono bynajmniej do zwykłej szklarni ogrodowej. Chodzi o wzrost temperatury atmosfery, co według obaw wielu uczonych już wywiera wpływ na całą naszą planetę. Jednakże przed wspomnianym wystąpieniem doktora Hansena specjaliści woleli nie zabierać publicznie głosu na ten temat. „Trzeba było aż tego, żeby podczas suszy i fali upałów sprawą zajęły się władze i żeby pewien uczony odważył się powiedzieć: ‛Tak, wygląda na to, że [efekt cieplarniany] się zaczął i że go wykryliśmy’” — skomentował oświadczenie doktora Hansena klimatolog Michael Oppenheimer. „Ulżył sobie, mówiąc głośno i wyraźnie to, o czym inni tylko przebąkiwali”.

Ogromna cieplarnia

Czy ci się zdarzyło, że w upalny letni dzień zostawiłeś na słońcu samochód z zamkniętymi oknami? Po powrocie doświadczyłeś na sobie, czym jest efekt cieplarniany. Szyby samochodu przepuszczają promienie słoneczne, które szybko nagrzewają wnętrze. Jednakże ani gorące powietrze, ani ciepło nie może się stamtąd wydostać. Dlaczego? Ponieważ ciepło wydziela się w postaci promieniowania podczerwonego, które jest niewidoczne dla oka, ale wyczuwalne dla skóry, na przykład w pobliżu ognia. Ta sama szyba, która przepuszcza do środka widzialne światło, nie pozwala wydostać się na zewnątrz większości niewidzialnego promieniowania podczerwonego. Wskutek tego temperatura w samochodzie ciągle rośnie.

Atmosfera ziemska to jakby szyba w samochodzie. Bez przeszkód przepuszcza światło, natomiast zatrzymuje znaczną część promieniowania niewidzialnego, między innymi podczerwonego, nadfioletowego i rentgenowskiego. Zasadniczo wychodzi to na dobre — promieniowanie nadfioletowe i rentgenowskie jest dość niebezpieczne i podobno wywołuje raka. Po co jednak zatrzymywane jest promieniowanie podczerwone?

Pochłaniając je, atmosfera spełnia rolę koca otulającego naszą planetę. Czasem zapominamy, że otacza ją zimna, pusta przestrzeń kosmiczna. Wprawdzie ziemia jest ogrzewana przez słońce, ale bez owego „koca” ciepło szybko by uciekło i temperatura na jej powierzchni byłaby o 40 stopni niższa niż obecnie. Oceany skułby lód.

Niestety, co za dużo, to niezdrowo. Zbytnie nasilanie się efektu cieplarnianego mogłoby prowadzić do masowego głodu, zamieniając strefy uprawy zbóż w jałowe pustkowia, do katastrofalnych superhuraganów, powstających nad przegrzanymi oceanami, do występowania mórz z brzegów, do gwałtownego szerzenia się raka skóry wskutek zanikania warstwy ozonu, a także do niesłychanych cierpień.

Podkręcanie ziemskiego termostatu

Jak zapewne pamiętasz ze szkoły, atmosfera ziemska to w 99 procentach tlen i azot. Jednakże gazy te nie zatrzymują promieniowania podczerwonego. Pozostały 1 procent składa się z kilku gazów, między innymi pary wodnej, które — rzecz paradoksalna — nie tylko chronią naszą planetę przed zupełnym zamarznięciem, ale narażają ją przy tym na przegrzanie.

Większość uczonych przyznaje, że wzrost stężenia gazów wywołujących efekt cieplarniany podniesie temperaturę na ziemi, chociaż nikt nie wie dokładnie, jak to się stanie. Gazy te można by przyrównać do ziemskiego termostatu. Wydaje się, że od ponad stu lat człowiek stale go podkręca. „Stosowanie paliw kopalnych (oraz inne poczynania w przemyśle i rolnictwie) spowodowało, że gdzieś od roku 1860 zawartość dwutlenku węgla w atmosferze wzrosła w przybliżeniu o 25 procent” — oznajmił Irving M. Mintzer ze Światowego Instytutu Bogactw Naturalnych. „Panuje pogląd, że rosnące stężenie dwutlenku węgla oraz innych gazów atmosferycznych odpowiedzialnych za efekt cieplarniany, obserwowane od roku 1860, już podniosło przeciętną temperaturę na powierzchni ziemi o jakieś 0,5 do 1,5 stopnia w porównaniu z okresem preindustrialnym”.

Wydawałoby się, że jeden lub dwa stopnie to niewiele, ale w rzeczywistości odpowiada to ogromnej ilości ciepła. Mintzer dodaje: „Dla porównania — różnica między klimatem panującym obecnie w Ameryce Północnej i Europie a klimatem z okresu małego glacjału, od XIII do XVII wieku, to kwestia zmiany przeciętnej temperatury ziemskiej zaledwie o 1 stopień”. Prócz tego nie ma podstaw do przypuszczeń, iż te dodatkowe ilości ciepła rozłożą się równomiernie. Wzrost średniej rocznej temperatury o jeden stopień może oznaczać, że w ciągu upalnych miesięcy letnich będzie o kilka stopni cieplej, co miałoby katastrofalne skutki.

Konferencja w Toronto

Skwarne lato 1988 roku jeszcze dopiekało Ameryce Północnej, gdy ponad 300 delegatów z 48 krajów przybyło do Toronto w Kanadzie na Międzynarodową Konferencję Klimatologiczną. W relacji z tego spotkania, zamieszczonej w tygodniku Manchester Guardian Weekly, znalazła się następująca ponura przepowiednia dotycząca skutków ogólnego ocieplenia:

„Temperatura nie wzrośnie jednakowo na całej ziemi. Strefa podbiegunowa ogrzeje się szybciej niż okolice równika. Oznaczałoby to utratę wilgotności gleb w strefie umiarkowanej na półkuli północnej, gdzie uprawia się najwięcej zboża”. Innymi słowy, jest to przepis na powszechny głód.

Groźba powszechnej powodzi

Poważne obawy budzi również ewentualny wpływ wyższych temperatur na poziom wody w oceanach. Wiele osób kojarzy jego wzrost z topieniem się lodowców i czap lodowych, ale w gruncie rzeczy może się on znacznie podnieść i bez tego. W jaki sposób? Wskutek rozszerzalności cieplnej — zjawiska, dzięki któremu w ciepły dzień rośnie słupek rtęci w termometrze. Robert Buddemeier z Państwowego Laboratorium im. Lawrence’a Livermore’a uważa, że „nawet gdybyśmy uczynili wszystko, aby zahamować wzrost temperatury, to w najlepszym wypadku osiągnęlibyśmy tylko tyle, iż poziom wody w morzach zwiększyłby się o metr lub dwa”.

Taka ewentualność budzi niepokój na całym świecie. „Wzrost poziomu wody w morzach o mniej więcej pół metra może spowodować zatopienie 27 procent powierzchni Bangladeszu, zmuszając do ucieczki 25 milionów ludzi” — donosi U.N. Chronicle. „Egipt mógłby stracić 20 procent użytków rolnych, a USA — 50 do 80 procent wilgotnych terenów nadbrzeżnych. Po podniesieniu się poziomu wody o dwa metry zniknęłoby 1190 wysp archipelagu Malediwy”.

Powyższe prognozy są jeszcze dość ostrożne. Dzisiejsze są już bardziej skrajne. Na przykład: „Jest rok 2035. Holandia znalazła się pod wodą. Bangladesz przestał istnieć. Szalejące nawałnice i występujące z brzegów morza pozbawiły życia kilka milionów ludzi, a pozostali musieli się schronić w prowizorycznych obozach dla uchodźców na wyżej położonych obszarach Pakistanu i Indii. W Europie środkowej i na środkowym zachodzie USA kilkadziesiąt lat suszy zmieniło urodzajne niegdyś pola uprawne w spieczone pustynie” (Jeremy Rifkin w Manchester Guardian Weekly).

Czy naszą planetę rzeczywiście czeka taki los?

[Ramka na stronie 21]

Nie wszyscy naukowcy są przekonani, że ocieplenie klimatu ziemskiego jest następstwem wzrostu stężenia gazów wywołujących efekt cieplarniany. Stephen H. Schneider, amerykański klimatolog z Państwowego Ośrodka Badań Atmosfery, ostrzega: „Jedno cieplejsze dziesięciolecie wcale nie musi być oznaką efektu cieplarnianego. Gdyby jednak taka tendencja utrzymała się 20 lat, byłoby to czymś niezwykłym. A gdyby rekordy dalej były rokrocznie pobijane, większość sceptyków — moim zdaniem — poddałaby się i przyznała, że to właśnie to” (Science News, rok 135, 8 kwietnia 1989).

[Ramka na stronie 22]

Dlaczego tak trudno przewidzieć wystąpienie efektu cieplarnianego

Klimat ziemski kształtują niezmiernie złożone procesy atmosferyczne i naukowcy otwarcie przyznają, że potrafią go przewidywać tylko do pewnego stopnia. Oto kilka czynników odgrywających istotną rolę w dzisiejszych modelach komputerowych przyszłego klimatu.

TOPIENIE SIĘ ŚNIEGU I LODÓW: Lód i śnieg odbijają 40 do 60 procent promieni słonecznych, dzięki czemu na ziemi jest chłodniej. Kiedy jednak stopią się w wyższej temperaturze, odsłonią ciemniejszy ląd lub wodę, które wchłoną więcej ciepła. Mogłoby to wzmocnić efekt cieplarniany o 10 do 20 procent.

CHMURY: W wyniku nagrzewania się ziemi wzrosłaby wilgotność powietrza, a więc przybyłoby chmur. „Mnóstwo niejasności w teorii zmiany klimatu wiąże się ze sprzężeniem zwrotnym powodowanym przez chmury” — przyznaje znawca tej tematyki V. Ramanathan z Uniwersytetu Chicagowskiego. Niektórzy uważają, że większa ilość chmur wzmogłaby odbijanie energii słonecznej, co przyczyniałoby się do ochładzania naszej planety.

Z drugiej strony chociaż chmury odbijają część energii, to działają także jak koc i wychwytują promieniowanie docierające z powierzchni ziemi. Trudno więc przewidzieć, które z tych zjawisk przeważyłoby w takim cieplejszym, zasnutym chmurami świecie.

OCEANY: Woda doskonale pochłania ciepło. Wydaje się więc, że oceany mogą go zmagazynować wystarczająco dużo, by na kilkadziesiąt lat odwlec ostateczne ujawnienie się efektu cieplarnianego. Naukowcy nie potrafią nawet w przybliżeniu określić, ile to może potrwać.

WULKANY: Chmury popiołu unoszące się z wulkanów powodują w dość skomplikowany sposób zarówno ogrzanie stratosfery, jak i oziębienie powierzchni ziemi. Wulkany przyczyniłyby się zapewne do osłabienia efektu cieplarnianego, ale nikt nie umie przepowiedzieć, kiedy nastąpi jakiś duży wybuch.

CYKLE SŁONECZNE: Wbrew powszechnemu mniemaniu ilość energii wypromieniowywanej przez słońce wcale nie jest stała. Od roku 1979 do 1984 jego jasność zmniejszyła się mniej więcej o 0,1 procent. Toteż wzrost temperatury na ziemi, obserwowany w tym okresie, wydaje się jeszcze bardziej złowieszczy.

[Ramka i ilustracja na stronie 23]

Gazy wywołujące efekt cieplarniany

PARA WODNA: Zawartość pary wodnej w powietrzu zależy głównie od temperatury. Ciepłe powietrze może zmagazynować więcej wilgoci niż zimne. Para wodna bardzo skutecznie pochłania ciepło, ale sama nie powoduje efektu cieplarnianego. Przede wszystkim wzmacnia działanie innych gazów.

DWUTLENEK WĘGLA (CO₂): Najbardziej rozpowszechniony gaz wychwytujący ciepło. Od niego zależy wszelkie życie na ziemi, gdyż jest niezbędny roślinom. Ilość dwutlenku węgla w atmosferze rośnie obecnie o pół procent rocznie. Nie wydaje się to dużo, ale oznacza, że wskutek spalania paliw kopalnych, takich jak węgiel i ropa, na każdego mieszkańca ziemi — mężczyznę, kobietę i dziecko — przypada mniej więcej tona węgla wprowadzanego co roku do atmosfery, czyli łącznie 5 000 000 000 ton! Około połowy wykorzystują w końcu rośliny i absorbują oceany, ale reszta pozostaje w powietrzu.

METAN (CH₄): Główny składnik gazu ziemnego. Zawiera węgiel podobnie jak dwutlenek węgla, ale przybywa go w atmosferze dwa razy szybciej — jakiś 1 procent rocznie. W powietrzu jest już dwukrotnie więcej metanu niż w okresie poprzedzającym intensywny rozwój przemysłu. Naukowcy niepokoją się, że rosnąca zawartość metanu może utrudnić atmosferze rozkładanie innych gazów wywołujących efekt cieplarniany, takich jak osławione freony.

FREONY: Te stosunkowo trwałe związki chemiczne po dotarciu do stratosfery niszczą ozon. Jednakże w niższych warstwach atmosfery potęgują efekt cieplarniany. Każda ich cząsteczka pochłania promieniowanie podczerwone 10 000 razy skuteczniej niż dwutlenek węgla!

PODTLENEK AZOTU (N₂O): Dentyści nazywają go gazem rozweselającym, ale jego działanie na atmosferę bynajmniej nie budzi wesołości. Ów produkt uboczny spalania paliw kopalnych jest niezwykle trwały. Kiedy już raz trafi do atmosfery, pozostaje tam średnio 150 lat. Póki jest w niższej warstwie, zwanej troposferą, pochłania ciepło, ale może też zawędrować do stratosfery, gdzie przyczynia się do niszczenia ozonu. Stężenie podtlenku azotu rośnie obecnie o 0,25 procent rocznie.

OZON (O₃): Ostatni, ale nie najmniej ważny. W stratosferze jest pożyteczny, pochłania bowiem niebezpieczne promieniowanie nadfioletowe, które po dotarciu do powierzchni ziemi może wywoływać raka skóry. Jednakże w niższych warstwach atmosfery ozon jest niebezpieczny. Stanowi produkt uboczny spalania paliw, szczególnie w samochodach i samolotach odrzutowych.

[Ilustracja]

[Patrz publikacja]

Efekt cieplarniany: atmosfera ziemska zatrzymuje ciepło słońca niczym szyba w szklarni. Światło słoneczne ogrzewa ziemię, ale powstałe ciepło — przenoszone przez promieniowanie podczerwone — nie może tak po prostu opuścić atmosfery, ponieważ powstrzymują je gazy wywołujące efekt cieplarniany i kierują z powrotem ku ziemi, wskutek czego robi się na niej coraz cieplej

Uchodzące promieniowanie

Zatrzymane promieniowanie podczerwone

Gazy wywołujące efekt cieplarniany

Ziemia