Dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane

Dwutlenek węgla 250 lat temu, w czasach przedprzemysłowych, spełniał jeszcze pożyteczną rolę w atmosferze, bo stanowił ważny składnik efektu cieplarnianego, dzięki czemu do układu ziemskiego tyle ile przychodziło energii cieplnej (słonecznej), tyle z niej wychodziło (słonecznej i w podczerwieni). Wówczas koncentracja dwutlenku węgla wynosiła 278-280 ppm (parts per million) [tyle cząsteczek CO2 na milion cząsteczek powietrza atmosferycznego].

Gdy w 1769 r. w Wielkiej Brytanii ruszyła pierwsza maszyna parowa spalająca węgiel, zaczęło w atmosferze Ziemi przybywać nadmiar cząsteczek dwutlenku węgla. Zaczęła ponad miarę rosnąć koncentracja CO2, wynosząca dziś ok. 408 ppm (a więc, o ok. 130 ppm przyrost nastąpił) . Natomiast w 1852 r., gdy ruszył pierwszy szyb naftowy w USA, zaczęła też rosnąć koncentracja metanu (CH4). A gdy pojawił się pierwszy azotowy nawóz szybko rozpowszechniony, to pojawiły się też pierwsze emisje podtlenku azotu (N2O). Jeśli chodzi o metan, na początku stężenie wynosiło 0,72 ppm. Stężenie dwutlenku węgla przekroczyło już wtedy zaledwie 280-282 ppm. Tak w XIX w. emisje, zarówno dwutlenku węgla, jak i metanu oraz podtlenku azotu były jeszcze prawie niezauważalne.

Na początku XX w. ruszył pierwszy odwiert gazowy. Tymczasem wtedy koncentracja CO2 przekroczyła 285 ppm, a metanu podniosła się o ułamek do 0,8 ppm. W latach 30 XX ruszyła też produkcja pierwszych freonów, gazów cieplarnianych takich freony, które okazały się zabójcze też dla naszej warstwy ozonowej w stratosferze., było to zauważone po raz pierwszy w latach 70. Na szczęście dziś znaleziono zamienniki aerozoli do produktów konsumenckich i problem dziury ozonowej prawie już zniknął. Ale mamy problem z nadmiarem gazów cieplarnianych. W latach 30 XX w. koncentracja dwutlenku węgla przekroczyła 290 ppm, a metanu wyniosła ok. 1 ppm.

Rys.1. Wzór piłokształtny pokazuje fluktuację stężenia dwutlenku węgla w atmosferze w cyklach sezonowych, napędzanych głównie przez biosferę lądową. Od momentu rozpoczęcia gromadzenia danych istnieje ogólny trend wzrostowy. Średnie miesięczne stężenie dwutlenku węgla na świecie stale rośnie z 339 części na milion w 1980 r. (średnio w ciągu roku) do 407 części na milion w 2018 r., co stanowi wzrost o ponad 20% w ciągu mniej niż 40 lat.

W 1959 r., na wyspie Mauna Loa na Hawajach w czasie pierwszych pomiarów koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze za pomocą urządzenia zwanego spektrometrem masowym koncentracja tego gazu wyniosła już 316 ppm, a metanu wyniosła ok. 1,2 ppm. Pod koniec XX wieku stężenie dwutlenku węgla przekroczyło 370 ppm, a metanu 1,75 ppm. A stężenie podtlenku azotu od 2000 r. do dziś urosło od ok. 316 ppb (parts per billion) [316 cząsteczek N2O na miliard cząsteczek powietrza atmosferycznego] do ok. 330 ppb. W sumie sumarycznie ekwiwalent CO2 (dodając do niego CH4, N2O, freony) wynosi dziś ok. 495 ppm. A sama koncentracja dwutlenku węgla 408 ppm.

I to jest właśnie bardzo poważny problem. Nadwyżka CO2 jest problemem, a nie sam CO2. Tak samo nadwyżka tlenu byłaby problemem zdrowotnym. Liczy się umiar. I nikt przy zdrowym rozsądku nie walczy tu jako tako z dwutlenkiem węgla (który jest elementem efektu cieplarnianego), ale z jego nadwyżką. Ten wzrost ponad 130 ppm jest poważnym problemem. Za 10 lat będzie to dodatkowe ponad 30 ppm. Natomiast z metanem też niedobrze jest. Ponieważ 28 razy ma potencjał cieplarniany silniejszy od dwutlenku węgla, to każdy jego przyrost jest też poważnym problemem. Od 1852 r. do dziś przyrost nastąpił o ponad 1,1 ppm (a ściślej o ok. 1100 ppb). Dziś stężenie metanu sięga 1,9 ppm (ok. 1900 ppb). Za 10 lat może to być nawet przyrost o 1 ppm (1000 ppb). A podtlenku azotu, którego potencjał cieplarniany jest większy od dwutlenku wegla ok. 298 razy, z dzisiejszej koncentracji ok. 330 ppb może przybyć dalsze 10-20 ppb. Ekwiwalent CO2 może już nawet przekroczyć 550 ppm. Co już jest dzwonkiem alarmowym dla ludzkości.

Rys.2. Stężenia metanu do października 2019 r .: w listopadzie 2018 r. Osiągnięto miesięczny szczyt 194,49 ppb.

Wszystkie wymienione gazy cieplarniane mają właściwości takie, że przepuszczają promienie słoneczne, zarówno te przychodzące od naszej gwiazdy, jak i te odbite od naszych jasnych powierzchni globu, ale blokują skutecznie promienie długofalowe w zakresie podczerwieni, a następnie je emitują na wszystkie strony świata, w tym z dużą mocą ku powierzchni Ziemi jeszcze silniej ją nagrzewając. I to jest właśnie problem, przez który nasz system klimatyczny po prostu wariuje, zarówno w atmosferze, jak i w oceanach. Niebezpieczne ogrzewanie się atmosfery i oceanów pociąga za sobą coraz silniejsze skutki ekologiczne (w tym ludzkie) jak wymieranie gatunków, migracje ku wyższym szerokościom geograficznym i piętrom górskim, nawalne opady deszczu, powodzie, podnoszenie się poziomu oceanów, upały, susze, pożary, choroby wektorowe, rozmarzanie wieloletniej zmarzliny, topnienie lodu morskiego w Arktyce i Antarktyce, topnienie lodowców górskich i polarnych, zakwaszenie wód oceanicznych, w tym ekosystemów raf koralowych, zaburzenia cyrkulacji atmosferycznych i oceanicznych, znacznie silniejsze huragany i tajfuny.

I owszem niektóre wymienione zjawiska pogodowe były wcześniej przed rozwojem przemysłowym. Tak były, ale nie o takiej częstotliwości i nie o takim natężeniu. Tak więc, dwutlenek węgla jest dlatego najważniejszym gazem cieplarnianym w atmosferze bo jest wymuszeniem radiacyjnym, który w przeszłości, jak np. 56 mln lat temu podczas PETM (Paleoceńsko-Eoceńskiego Maksimum Termicznego), też powodował naturalne globalne ocieplenia, ale tamte ocieplenia były ponad 100 razy wolniejsze w skali czasu geologicznego.

Para wodna z kolei jest sprzężeniem zwrotnym, i to na ogół dodatnim, wzmacniającym ocieplenie klimatu, podnoszącym znacząco temperaturę globu. Ale bez tak ważnego gazu jak CO2 czy nawet metan, to para wodna nic nie znaczy. Kula ziemska oziębiłaby się o ok. 33 stopnie Celsjusza. I np. przy dalszym obecnym scenariuszu business as usual, gdyby był tylko dwutlenek węgla na Ziemi bez pary wodnej, to nasza planeta ogrzałaby się do końca wieku tylko o 1 st.C. Natomiast wraz z nią i innymi gazami cieplarnianymi o 3-4 st.C. Para wodna zresztą jest nie tylko parą wodną. Jest zależna od temperatury. I gdy zostanie przekroczony punkt rosy skrapla się do kropel deszczu, a po jeszcze większym oziębieniu resublimuje do kryształków lodu i płatków śniegu. W tym ostatnim przypadku procesów w coraz cieplejszej atmosferze Ziemi będzie coraz mniej.

Tak więc, dwutlenek węgla od powstania Ziemi gra pierwsze skrzypce w ustalaniu jej temperatur. A mechanizmem tym jest tak zwany termostat węglowy, w którym węgiel z szybkiego cyklu węglowego trafia do wolnego cyklu węglowego. A dzieje się to głównie w oceanach gdzie martwe glony i szczątki zwierząt osadzają się w osadach dennych i następnie przechodzą do litosfery, skąd przez systemy wulkaniczne trafiają z powrotem do atmosfery. Ale także na lądach jest wycofywany węgiel z atmosfery do wietrzejących skał oraz w szybkim cyklu węglowym do użyźnionych gleb czy torfowisk oraz jest magazynowany w roślinach. Tylko problemem jest gdy go w atmosferze i w oceanach jest za dużo, tak jak teraz.

Więc, spalanie w kominkach jest tak samo złe jak spalanie paliw kopalnych w fabrykach czy w silnikach samochodów i samolotów.

https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide_in_Earth%27s_atmosphere

https://en.wikipedia.org/wiki/

https://www.globalchange.gov/browse/indicators/indicator-atmospheric-carbon-dioxide

https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/wolny-cykl-weglowy-i-termostat-weglowy-380

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *