Atraktivní biologie
Atraktivní biologie
Historické poznámky pojem skleníkový efekt použil jako první francouzský vědec Jean-Baptist Fourier (1827), který si uvědomil oteplující účinek atmosférických skleníkových plynů
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)
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
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 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
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
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.
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) 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
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
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 před 3 mld. let připomínala Země „vodní svět“ (kontinentální kry v té době plošně odpovídaly ca 10 – 15% současné souše) 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
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!
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
