SKLENÍKOVÝ EFEKT - Atraktivní biologie

Atraktivní
biologie
Atraktivní
biologie
Historické poznámky
ƒ pojem skleníkový efekt použil jako první francouzský vědec Jean-Baptist
Fourier (1827), který si uvědomil oteplující účinek atmosférických
skleníkových plynů
ƒ ve stejném roce
byla započata
rutinní měření
oxidu uhličitého
na observatoři
na Mauna Kea
na Havaji, která
potvrdila trvalý
trend nárůstu
CO2 v ovzduší roční cyklus
koncentrace CO2 (ppmv)
ƒ první projev hlubšího zájmu o klimatickou změnu, kterou by mohl způsobit
nárůst množství
skleníkových
Atmosférický oxid uhličitý
plynů v atmosféře,
(Mauna Loa, Hawaii, USA)
se objevil
v r. 1957*
2
Atraktivní
biologie
SLUNCE
ční
ne
né
slu
vln
tko
krá ní
e
zář
infrač
infračervené
ervené paprsky,
které
které vyzař
vyzařuje země
země,
nemohou prochá
procházet
sklem
dlouhovlnné
dlouhovlnné záření
ení
prochá
prochází sklem do
okolí
okolí
krá
krátkovlnné
tkovlnné záření
ení
ohř
ohřívá zemi
(podlahu sklení
skleníku)
teplý vzduch stoupá
stoupá
a ohř
ř
í
v
á
sklení
oh
skleník
ƒ od té doby vedl rychlý nárůst
spotřeby fosilních paliv a
rostoucí obavy o životní
prostředí k trvalému zájmu o
globální oteplování, což
nakonec vyústilo v Úmluvu o
změně klimatu, podepsanou
v roce 1992
ƒ přirovnání Země ke skleníku
však není zcela přesné, neboť
skleníky pracují na poněkud
jiném principu: skleník je
vybudován ze skla, které –
pokud je zcela uzavřen - brání
ohřátému vzduchu uniknout
pryč fungují díky zamezení
tzv. konvekčního proudění
teplého vzduchu mimo skleník
W Tepelná bilance skleníku
3
Atraktivní
biologie
Podstata skleníkového efektu
™ atmosféra Země je složena ze
směsi plynů, převážně molekul
dusíku (78 %*) a kyslíku (21 %);
vodní pára, CO2, ozon a další
složky ovzduší (CH4, CO, NO,
CFC, ClO, Ar) dávají dohromady
zbývající 1 %
oxid uhličitý
(CO2)
argon (Ar)
ostatní
kyslík (O2)
dusík (N2)
™ některé plyny obsažené v zemské
atmosféře, i když jsou přítomny
v malých či stopových množstvích,
jsou téměř propustné pro sluneční záření, silně však pohlcují
dlouhovlnnou radiaci vyzařovanou zemským povrchem a potom
ji emitují jak zpět k povrchu Země, tak do kosmického
prostoru
™ tyto radiačně aktivní plyny, mezi něž patří zejména vodní
pára, oxid uhličitý, metan, ozon, oxid dusný a freony, se běžně
nazývají skleníkovými plyny, protože působí jako clona pro
tepelnou radiaci zemského povrchu a zvyšují tak jeho teplotu
4
Atraktivní
biologie
Skleníkový efekt
ƒ proces, při kterém atmosféra způsobuje ohřívání planety tím, že absorbuje
dopadající sluneční záření a zároveň brání jeho zpětnému odrazu do
prostoru → průměrná teplota zemského povrchu je udržována na 14 °C
1
2
sk
v
ko
ní
le
é
2b
3
ny
p ly
a
4
krátkovlnné záření
ze Slunce
záření odražené od
zemského povrchu (2a)
a atmosféry (2b)
infračervené (tepelné)
záření, vyzařované
zemským povrchem
tepelné záření pohlcené
CO2 je vyzařované opět
k zemskému povrchu
ƒ skleníkový jev (s. efekt) spočívá v tom, že energeticky nejbohatší část
slunečního záření (viditelné světlo) prochází jen s malými změnami
atmosférou k zemskému povrchu, který je absorbuje a transformuje v
teplo; tímto teplem se atmosféra ohřívá, přičemž část tepelného záření
směřuje opět k povrchu Země
5
Atraktivní
biologie
Vývoj zemské atmosféry
Zemská atmosféra vznikla zejména
v důsledku odplyňování lávy, která
vytvořila zemskou kůru.
ƒ prvotní zemská atmosféra byla tenká a v
důsledku toho teplota vzduchu při zemském
povrchu odpovídala stavu zářivé rovnováhy
(množství pohlcené tepelné energie
odpovídalo jeho vyzařování v oblasti
dlouhovlnného tepelného záření)
ƒ vulkanické plyny obsahují vedle vodních
par hlavně oxid uhličitý (CO2), oxid
siřičitý (SO2), chlór (Cl2), amoniak (NH3),
sulfan (H2S) a vodík (H2); vzhledem k
teplotě lávových plynů se z nich uvolňují
též kyselé páry, síra a její sloučeniny
6
Atraktivní
biologie
ƒ kyselé páry tvořené HCl, HF,
HBr, NH3, sírou a jejími
sloučeninami spolu
s podstatnou částí CO2 se
rozpouštěly ve vodě a ve
formě kyselého deště
dopadaly na zemský povrch
ƒ v prvotní atmosféře tak
zůstávalo jen nevelké množství
špatně rozpustných plynů,
např. CH4, CO, N2, CO2, včetně
netečných plynů; hlavní část
prvotní atmosféry tvořila
vodní pára
ƒ před 3 mld. let připomínala Země „vodní svět“ (kontinentální kry v té
době plošně odpovídaly ca 10 – 15% současné souše)
ƒ před asi 2,5 mld. let došlo k enormnímu nárůstu nových kontinentálních
ker (asi 50 až 60% dnešní rozlohy); zvětrávání tohoto obrovského
množství hornin způsobilo masivní pokles koncentrace CO2 v atmosféře
výrazné zalednění (glaciace) v období ca 2,3 až 2,4 mld. let
7
Atraktivní
biologie
KONCENTRACE ATMOSFÉRICKÝCH PLYNŮ
(%)
Změny koncentrace atmosférických plynů
v geohistorii Země
9 jsou již
k dispozici
důkazy, že
v době před
2,5 mld. let
se začal
v atmosféře
hromadit
molekulární
kyslík
metan
amoniak
dusík
voda
atmosféra
neznáma
oxid
uhličitý
kyslík
STÁŘÍ ZEMĚ (v mld. let)
8
původní atmosféra prakticky neobsahovala volný kyslík;
pouze malá část (max. 1 – 2% současného stavu) O2
vznikla fotodisociací vodní páry UV zářením
¾ nepřítomnost kyslíku však byla důležitá pro vznik organických
sloučenin (z neorganických látek), které daly vzniknout prvním
organismům – bakteriím, z nichž klíčovou roli sehrály
fotosyntetizující sinice (cyanobakterie)
¾ sinice uskutečňovaly fotosyntézu, při níž se uvolňoval do
atmosféry kyslík; tyto starobylé organismy (nejstarší známé z
období před ca 3,5 mld. let) vytvářely bochníkovité útvary s
vrstevnatou strukturou - stromatolity
Příčný řez
stromatolitem Atraktivní
biologie
Nejstarší kolonie
stromatolitů –
Žraločí zátoka
(Shark Bay, sz.
Austrálie
9
Atraktivní
biologie
skleníkový efekt se vyskytuje přirozeně na Zemi téměř od
samotného počátku jejího vzniku, je proto nesprávné vnímat jej
jako škodlivý
ª bez výskytu přirozených skleníkových plynů by průměrná teplota při
povrchu Země (určovaná jen radiační bilancí*) byla -18 °C (místo
současných + 14 °C)
ª působení přirozeného skleníkového efektu se tak stalo nezbytným
předpokladem evoluce života na Zemi, jinak by naše planeta byla jen
otáčející se ledovou koulí…
ª existuje hypotéza,
za
podle níž prošla Země
v dávné minulosti
několika obdobími
globálního zalednění *
Země jako sněhová koule
10
Atraktivní
biologie
nejnovější výzkum prokázal, že v dávné minulosti Země došlo ke
kolapsu skleníkového efektu v důsledky výrazného poklesu
koncentrace hlavních skleníkových plynů prvotní atmosféry
ª CO2 byl vymyt dešti podílel se na zvětrávání hornin zemské kůry,
byl vázán v karbonátových horninách na dně oceánů
ª CH4 vytvořil hustý obal z aerosolových částic, který odfiltroval
sluneční záření)*
předpokládá se, že teplota na Zemi poklesla o 40 až 50 °C a došlo
ke globálnímu zalednění planety (před ca 2,9 mld. let)
Obnova skleníkového efektu je dávána do souvislosti zejména
s činností bakterií produkujících metan a s růstem koncentrace
oxidu uhličitého v atmosféře v důsledku sopečné činnosti…
k výraznému oteplení klimatu došlo ve třetihorách, před 55 mil.
let, které bylo způsobeno relativně rychlým nárůstem
koncentrace CO2 v atmosféře; toto globální oteplení pak
způsobilo masivní uvolnění metanu z podmořských hydrátů, což
dále zvýšilo teplotu Země (celkově o 6 °C)
11
Atraktivní
biologie
antropogenní zesílení přirozeného skleníkového efektu spočívá v řadě
Změny teploty (ve °C) v porovnání s rokem 1990
lidských aktivit (spalování fosilních paliv, kácení lesů, globální změny
krajiny aj.), které velmi vysokou pravděpodobností způsobují globální
oteplování *
¾ oteplování klimatu
drasticky narušují
životní prostředí
mnoha druhů…
12
Atraktivní
biologie
Země se
nezadržitelně
ohřívá…
Teplárna a elektrárna Vřesová
Odběr vzorků
dřeva pro
dendroklimatické
šetření
X
Colorado
13
Atraktivní
biologie
Skleníkové plyny
Skleníkový
plyn
Oxid uhličitý
Koncentrace
(v ppm*)
1750
280
2005
376
Roční
nárůst
(v %)/doba Hlavní přirozené i
setrvání v antropogenní zdroje
atmosféře
(roky)
0,5/120
aerobní rozklad org. látek, rozklad
uhličitanů, spalování paliv,
odlesňování, vulkanická činnost
Metan
0,73
1,852
0,75/10
anaerobní rozklad org. látek, důlní
činnost, zemědělství (pěstování
rýže, chov dobytka), úniky zemního
plynu, mokřady, skládky odpadů
Oxid dusný
0,27
0,319
0,25/130
používání hnojiv, spalování biomasy
a fosilních paliv, obdělávání půdy
0
0,0008
~ 100
0,025
0,034
0,5/0,1
Freony (CFC)
Ozon
chladicí média, rozpouštědla,
klimatizační zařízení, spreje
fotochemické procesy v atmosféře
14
Atraktivní
biologie
ƒ nejdůležitějším skleníkovým plynem je CO2, který je
odpovědný asi z 35% za přirozený skleníkový efekt
Rok
1740
1760
1820
1850
1915
1930
1950
1975
1985
1995
2005
Koncentrace
CO2 (ppm)
280
280
280
290
300
305
310
330
350
360
376
Ukazuje se, že rostoucí koncentrace
atmosférického CO2 a CH4 jsou hlavní
řídicí faktory současné globální
klimatické změny!
ƒ v současné době probíhá intenzivní výzkum zdrojů i propadů
(sinků) skleníkových plynů s ohledem na energetickou bilanci
Země a probíhající klimatické změny
15
Atraktivní
biologie
průmyslové
procesy
elektrárny
transport paliv
likvidace a
zpracování
odpadů
zemědělská
výroba
využití půdy,
spalování
biomasy
těžba, zpracování a
distribuce fosilních
paliv
oxid uhličitý
Produkce
skleníkových
plynů
v jednotlivých
odvětvích
ostatní zdroje
metan
oxid dusný
16