Környezetvédelem (KM002_1) A globális éghajlatváltozás okai és jelenségei. 3b. Az antropogén légkörszennyezés. Globális éghajlatváltozás

2015.10.08.

Széchenyi István Egyetem


Környezetvédelem (KM002_1) 3b. Az antropogén légkörszennyezés globális folyamatai

A globális éghajlatváltozás okai és jelenségei

2015/2016-os tanév I. félév Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens SZE, AHJK, Környezetmérnöki Tanszék


Globális éghajlatváltozás  Mi is az az éghajlat? • egy területen a légkör jóval hosszabb távon érvényes állapota, mint az időjárás (legalább 30 év)

• összetett, kaotikusan viselkedő rendszer állapotának statisztikai leírása • állapothatározói: nemcsak a besugárzás, hőmérséklet, légnyomás, szél, páratartalom, csapadék, felhőzöttség átlagértékei, hanem a szélsőségek valószínűsége is!


Kérdések • Változik-e a Föld éghajlata? • Ha változik, milyen gyorsan? • Természetes okokból változik, emberi hatásra vagy is-is? • Milyen természetes okok lehetnek a háttérben? • Milyen nem természetes okok? • Lehet-e modellezni, és így előrejelezni az éghajlat változását? • stb.

1

2015.10.08.


Az éghajlatváltozás valószínűsíthető természetes okai


a besugárzás intenzitásának változásai

Kétkedők és meggyőzöttek

• napfoltkitörések (+) • a Föld keringési és pályaelemeinek időszakos változásai

a légköri vulkáni por és SO2 mennyiségének változásai (-)

Hőleadás a légkörbe

Atlantióceán

Csendesóceán

Indiaióceán

Meleg, felszíni ármalat

Hideg, sós, mélyvízi áramlat Hőleadás a légkörbe


Az éghajlatváltozás valószínűsíthető antropogén okai

légköri CO2 és vízgőz mennyiségének természetes változása  a légkör-óceán csatolt rendszer belső változásai (tengeráramlások!)


• A galaktikus kozmikus sugárzás üvegházhatású gázok koncentrációjának változása (+)

intenzitásának (GCR; szürke vonal) összehasonlítása az átlagos földi hőmérséklettel (T(2m); piros vonal).

a Föld albedójának megváltozása (területhasználati változások)

• 1950 óta a Nap nem vált aktívabbá • A kozmikus sugárzás intenzitásában nem következett be

repülés okozta kondenzcsíkok (+)

fosszilis tüzelőanyagok égetése  aeroszolok (-, +)

tartós változás, azonban a hőmérséklet emelkedik Forrás: Rasmus Benestad

8

2

2015.10.08.

bizonyosság mértéke



Mitől függ a földfelszín hőmérséklete?

• a Napból érkező sugárzástól • a földfelszín kisugárzásától • az üvegházhatású gázok koncentrációjától, (egyesek) függőleges eloszlásától

• a felszín, a felhők és a légköri aeroszol albedójától sugárzási hatás 2011-ben 1750-hez képest


A Föld sugárzási egyenlege


Az üvegházhatás

• a légkört alkotó gázok különböző mértékben verik vissza ill. nyelik el a Napból érkező sugárzást • a felszínre érkező sugárzás hosszú hullámú hősugárzássá alakul (Föld infravörös kisugárzása), ezt a légkör egyes nyomgázai (üvegházgázok) elnyelik, majd kisugározzák •  hőtöbblet keletkezik, felszínhez közeli hőmérséklet megnő • ezen üvegházhatás nélkül 33°C-kal alacsonyabb (-18°C) lenne a Föld átlaghőmérséklete • légköri gázok mennyisége, aránya befolyásolja a sugárzás visszaverését, elnyelését, átalakulását  törékeny egyensúly!

3

2015.10.08.


Üvegházhatású gázok (ÜHG) • CO2, N2O, CH4 • fluorozott szénhidrogének (HFC-k) • perfluor-karbonok (PFC-k) • kén-hexafluorid (SF6) • vízgőz • halonok • ózon • egyéb klór-flour-karbon vegyületek (CFC-k)


HFC, PFC, SF6


CO2, CH4, N2O

• CO2: szén-dioxid – fosszilis tüzelőanyagok elégetése – erdőégetés – erdőhiány miatti lekötés csökkenés – mészkőfelhasználás • CH4: metán – természetes forrásai: bomlás, fermentáció – antropogén forrásai: rizstermelés, hulladékok bomlása, bányászat, energiaipar, biomassza tüzelés, kérődzők • N2O: dinitrogén-oxid – műtrágyázás, gyártási folyamatok (salétrom, adipin, glioxil, glioxálsav)


Freonok és halonok

• HFC-k: fluorozott szénhidrogének – freonok kiváltására alkalmazzák az 1990-es évek 2. felétől hazánkban (hűtőberendezések hűtőközegeként) • PFC-k: perfluorkarbonok – CF4 és C2F6 – primer Al előállításakor – 2006-ban megszűnt hazánkban az Al előállítás  kibocsátás megszűnt • SF6: kén-hexafluorid – sűrűsége a levegő 5-szöröse – nagy villamos szilárdság

• freonok (fluorozott, klórozott szénhidrogének): pl. CFCl2, CFCl3 – hűtőközeg, vivőanyag • halonok: C + F + Cl + Br atomokból állnak – tűzoltás • 1986 Monterali egyezmény: felhasználásuk csökken, Magyarországon megszűnt • stabilak → feljutnak a sztratoszférába is • fotokémiai folyamatok → klóratomok → ózont lebontják • sztratoszférikus ózon mennyiségét hazánk felett továbbra is csökkentik

– nagy zárlati teljesítményű hálózatok megszakítóiban gáztöltet

4

2015.10.08.


A fontosabb üvegházhatású gázok antropogén hatású változása (a vízgőz nélkül)

CO2

CH4

N2O

freon11

freon12

Koncentráció az iparosítás előtt

278 ppm

700 ppb

275 ppb

0

0

Jelenlegi koncentráció (2011)

391 ppm

1803 ppb

324 ppb

258 ppt

530 ppt

1

23

296

4600

1700

50-200

8-12

120

45

12

Üvegházhatású gáz

Hatékonysági potenciál (CO2=1) Légköri tartózkodási idő (év)



1,8 ppm (2011)

A légkör CO2 koncentrációjának növekedése az 1950es évek vége óta (Forrás: IPCC 5. jelentés, 2013)

piros adatok forrása: Manua Loa (Hawaii) fekete adatok forrása: Déli-sark


400 ppm (2015)

A légkör CO2 koncentrációjának változása az utolsó 400 ezer évben, napjainkig

Forrás: EAWAG, Grönland megfúrt 2500 m vastag jegéből, a buborék zárványok analízise alapján

5

2015.10.08.



Az ÜHG kibocsátás növekedése okozza-e a felmelegedést? A CO2 és hőmérséklet görbe egybeesése

antarktiszi jégmagok analízise („klímahullámvasút”) legutolsó 10 ezer év folyamatos meleg időszak  korábbi csúcsok 1-2 ezer évig tartottak!

durva felbontás – előidejűség?

forrás: OMSZ


A CO2 és a hőmérséklet görbe kisebb időtávban


A CO2 nemcsak a légkörben halmozódik fel!

kék: CO2 parciális nyomása a tengervíz felszíni rétegében zöld: pH a tengervíz felszíni rétegében

Forrás: A Climate for Recovery. The Colour of Stimulus Goes Green. HSBC Bank. 25 February 2009.

6

2015.10.08.


A tengervizek kémhatásának várható változása két éghajlati forgatókönyvre modellezve


Hová tűnik el a légkörből hiányzó szén-dioxid?

De!  világtengerek élővilágának állapotmegőrzése fontos  melegebb víz: CO2 megkötő képesség csökken

a „biológiai szivattyú”



Metánhidrát

• 12°C-os vagy melegebb tengervíz esetén a metánhidrát felbomlik • Nature publikáció 2014-ben: 90%-os valószínűségű, hogy 50 milliárd tonna CH4 kitörés várható (most 5 milliárd tonna CH4 van a légkörben!)

Gáz-hidrátok – jövőbeli szerep??

Szerves szénkészletek a Földön

feltárt készlet bizonyított lehetséges in Lóczy D. 2009

7

2015.10.08.


A legfontosabb üvegházgázok mennyiségének alakulása a légkörben (1978-2006) (Forrás: NOAA/CMDL)


Éghajlatváltozási Kormányközi Testület

IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change • 5 jelentés 1990-től 2013-ig • Különböző éghajlati forgatókönyvek •  éghajlati modellek

Rajenda Pachauri



A globális éghajlatváltozás jelenségei páratartalom gleccserek

A légkör felmelegedése 1880-2012: 0,85°C az alsó légkör átlag-hőmérsékletének növekedése

szárazföldek feletti hőmérséklet

hóborítás

óceánok feletti hőmérséklet

troposzféra (alsó légkör) hőmérséklete

erdőhatárok É-abbra és magasabbra tolódnak

tenger felszíni hőmérséklete

tengerszint tavasz korábban érkezik

tengerjég

fajok É –abbra és magasabbra vándorolnak

jégmezők

óceánok hőtartalma (forrás: National Aeronautics and Space Administration – Goddard Institute for Space Studies)

8

2015.10.08.


Éves középhőmérsékletek Budapesten


A földfelszíni hőmérséklet 1901-2012 között megfigyelt változása

(forrás: OMSZ)

Az elmúlt 100 év alatt 0,68°C-os hőmérséklet-emelkedés


Hőmérsékletváltozások voltak a múltban is…

(forrás: IPCC, 2013)


…és a régmúltban is…

A hőmérsékletváltozás trendje Közép-Európában 800-1950

• jégkorszakok: – 22-27 ezer éve (würm jégkorszak utolsó hidegmaximuma) a Kárpát-medencében mínusz 2-3°C évi középT, -12°C januári, 10-12°C júliusi középT !? néhány évtizedig nem voltak napfoltok!

– de a Föld átlaghőmérséklete csak 4-5°C-kal volt hidegebb!! – a változások trendje pedig a jelenlegi tizede, ötvenede!

9

2015.10.08.


…és a nagyon régmúltban is


A hőmérséklet valós és modellezett változása 1900-2000

A Föld becsült átlaghőmérsékletének alakulása az elmúlt ~100 millió évben

logaritmikus skála!


(forrás: http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/1.shtml)

A várható globális átlagos hőmérsékleti növekedés az 1986-2005 közti időszakhoz képest

különböző éghajlati forgatókönyvek alapján (forrás: IPCC, 2013)

hőmérsékleti eltérés C

• fekete vonal: a mért hőmérséklet • piros vonal: az emberi tevékenységek hatásait figyelembe vevő modell által számolt hőmérséklet • kék vonal: az emberi tevékenység hatásait figyelembe nem vevő modell által számolt hőmérséklet

(Forrás: IPCC, 2007)


A földfelszíni és tengerfelszíni várható hőmérsékletemelkedés mértéke két éghajlati forgatókönyvre modellezve


10

2015.10.08.



Valószínűsíthető hőmérséklet változások hazánkban

• A globális emisszió 4 fő szcenáriójára, 16 globális éghajlati modell bevonásával • A modellek által becsült eredmények: – évi középhőmérséklet: • 2050-re: (+0,8)-(+2,8)°C • 2100-ra: (+1,3)-(+5,2)°C • Az IPCC alapján Mika J. (2002) előrejelzése: globális hőmérsékletváltozás

+0,5°C

+1°C

+2°C

+4°C

hőmérséklet a nyári félévben

+1,0°C

+1,3°C

+2,0°C

+4,0°C

hőmérséklet a téli félévben

+0,8°C

+1,7°C

+3,0°C

+6,0°C

41


A tenger felszíni vizének felmelegedése


A tengervízben tárolt hőenergia

• tengerek felszíni vize 1860-tól 2000-ig: kb. 0,7°C-kal melegebb

Tengerfelszín hőmérséklet változás 3 adatközpont alapján (forrás: Hartmut Grassl 2006)

Az éghajlati rendszerben megfigyelt nettó energia növekedés több mint 60%-a a felső óceánvízben (0-700 m), kb. 30%-a a 700 m mélység alatti óceánvízben tárolódik!

11

2015.10.08.


Az 1978 és 2002 közti éves tengerfelszín hőmérséklet átlagok változása

A csapadékban bekövetkezett változások


• a magas É-i szélességek: éves csapadékmennyiség nő • a közepes É-i szélességek: téli csapadékmennyiség nő • a szubtrópusok nyári szárazsága: É-ra kitolódott • a félszáraz szubtrópusi területek: több aszályos időszak • egy alkalommal lehullott csapadék mennyisége nőtt • gyakoribbak a hirtelen árvizek (forrás: in Hartmut Grassl, 2006)




A lehullott csapadék mennyisége Budapesten

(forrás: OMSZ)

• 60-80 mm-nyi csapadék-csökkenés a 20. szd. során (1967-1994: száraz időszak)

• csapadékextrémitások növekedtek a 20. szd. utolsó negyedében

12

2015.10.08.


A csapadékmennyiségben bekövetkező változások mértéke két éghajlati forgatókönyvre modellezve


A Föld átlagos évi csapadékmennyiségének változása (%-ban) az 1961-1990 közti időszak átlagához viszonyítva

(forrás: IPCC, 2013) (forrás: IPCC, in Hartmut Grassl, 2006)

Széchenyi Január István Egyetem


A csapadékmennyiség Július

relatív változása (%) a 2071-2100 közti

időszakban az 19611990-es időszakhoz képest, januárban és júliusban

Valószínűsíthető csapadékváltozások hazánkban

• A globális emisszió 4 fő szcenáriójára, 16 globális éghajlati modell bevonásával • A modellek által becsült eredmények: – az évi csapadékmennyiség változása a maihoz képest: • 2050-re: (-1)-(+7) % • 2100-ra: (-3)-(+14) % – a csapadék várható évszakos eloszlása: • nyár és ősz: mainál szárazabb • tél és tavasz: mainál nedvesebb • Az IPCC alapján Mika J. (2002) előrejelzése: globális hőmérsékletváltozás

(forrás: IPCC)

évi csapadék

+0,5°C

+1°C

+2°C

+4°C

-40 mm

-66 mm

bizonytalan

+40-400 mm

13

2015.10.08.


A jeges területek változásai – tengerjég


Az északi Jeges-tenger jégtakarójának kiterjedése nyáron

• a globális felmelegedést alátámasztó jelenségek leginkább a hideg területekhez • pozitív visszacsatolás:

kötődnek

kevesebb jég  albedó lecsökken  nagyobb felmelegedés  jégtakaró olvad

forrás: IPCC, 2013

• Jeges-tengeri jégtakaró kiterjedésének csökkenése 1972-2012 között: – éves csökkenés: 3,5-4,1% / 10 év – nyári csökkenés: 9,4-13,6% / 10 év • Antarktisz körüli tengerjég csökkenése 1972-2012 között: 1,2-1,8% / 10 év

• Hudson-öböli jegesmedvék


A jeges területek változásai – szárazföldi jégtakaró


• 1960-as évek vége óta globálisan 10%-kal csökkent a szárazföldi jégtakaró É-i sarkvidéki

• É-i félgömb: 2 héttel csökkent a tavak, folyók jégborítása

jégtakaró szept.

• hóhatár emelkedik (pl. Svájc: 100-300 m/néhány évtized)

hónapi kiterjedése

• a gleccserek visszahúzódása az egész Földön megfigyelhető – Andok gleccserei igen gyors ütemben húzódnak vissza  számos nagyváros

millió km2-ben:

vízellátása, élelmiszerellátása veszélyben (pl. Lima)

megfigyelések és

– Tibeti-fennsík gleccserei: 7 nagy folyó táplálói  világnépesség 40%-a

modellezések

számára ad ivóvizet!! + mezőgazdaság: öntözés! (2050-re: 2/3-a eltűnhet!)

alapján  a vártnál

• Észak-Amerikában és Európában jelentősen lecsökkent a hóval borított

gyorsabban

napok száma

csökken! (forrás: Science)

14

2015.10.08.


Gleccserek visszahúzódása


A Kilimandzsáró hava…

Muir gleccser, Alaszka, 1941-2004 1941. aug.

2004. aug.

• 2005: először készült hó nélküli fotó a hegyről

1993 február

2020-ra teljesen eltűnhet a hósapka (forrás: NSIDC/WDC for Glaciology, Boulder, compiler. 2002, updated 2006. Online glacier photograph database. Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center)


A jeges területek változásai – permafrost réteg

• É-Alaszka: 3°C növekedés 1980-2005 között • É-Oroszország: 2°C növekedés 1971-2010 között • Alaszka, Szibéria, É-i sarkkör: talajfagy tartós csökkenése  házak, utak megsüllyednek, csővezetékek stb. veszélybe kerülnek  Arktisz tengerfenék, szibériai összefüggő talaj alatti jégtakaró metánt tartalmaz (metánhidrát, ld. korábban) → felenged → légkörbe kikerül → → 450-700 Mrd t (mintha a CO2-ra nézve 3900 ppm lenne!) A metán kiáramlása már elkezdődött!

2000 február


A jeges területek változásai – Antarktisz

• Az Antarktisz jégtömege nő!  szárazföldi, igen vastag jégtakaró (átlagosan 2000 m)

 nincs alulról melegítő hatású víz, kivéve: selfjég!  évi középhőmérséklet: -49, -56°C: ha néhány fokot melegedik a levegő, még nem indul meg az olvadás  melegebb levegő több vízgőzt tud befogadni  több hó esik  vastagszik a jégtakaró  növekvő tömege miatt jégtömbök szakadhatnak le (jégborjadzás) • selfjegek mozognak, repednek  Ny-antarktiszi tenger alatti jégmező (Rossselfjég) esetleges leszakadása és olvadása  7 m-es tengerszint emelkedés

15

2015.10.08.


A világtenger szintjének átlagos emelkedése


• a tenger szintjének emelkedése gyorsul: – 1901-2010: 1,7 mm/év – 1971-2010: 2,0 mm/év – 1993-2010: 3,2 mm/év A világtenger szintjének emelkedése a műholdas mérések alapján és az IPCC előrejelzése

forrás: IPCC, 2013

• A melegedő tengervíz hőtágulása és a gleccserek olvadása okozza a tengerszint emelkedésének 75%-át.


• A tengerszint a vártnál gyorsabban emelkedik! • 2100-ra: 60-180 cm-es növekedés is lehetséges • korábban IPCC (2007): 20-60 cm

Széchenyi Miami István Egyetem

Velence 2012 október

Kuba

Kiribati (Csendes-óceán)

16

2015.10.08.


Az éghajlatváltozás hatása a folyókra, tavakra

Az éghajlatváltozás hatása a növényekre


• Mezőgazdasági növénytermesztés • a vízgyűjtőterületen bekövetkezett hőmérséklet- és csapadékváltozásoktól függően

• növényenként változó hőm., nedv., CO2 stb. igény és ezek változására bekövetkezett válasz  egyes haszonnövényeknek kedvező, másoknak kedvezőtlen változások (földrajzi szélességtől is függően)

• Hazánk esetében: – éghajlatunk melegedik és szárazodik: eltolódás lehetséges egy félszáraz, mediterrán jellegű klíma irányába  átlagos évi lefolyás csökkenhet, kisebb tavaink kiszáradhatnak, mezőgazdaság komoly problémák elé néz

• talaj nedvességtartalma is változik • Mo-on valószínűleg nő az öntözővíz-igény

• Erdők • fafajok migrációja lassú, gyors környezeti változásokat (hőm. emelkedés, csap.-változás) nem tudja természetes módon követni

– telek: mainál melegebbek és csapadékosabbak  árvízveszély nő (vízfolyások vízhozama nőhet) – nyarak: mainál melegebbek és szárazabbak  aszályveszély nő (vízfolyások vízhozama csökkenhet)


Műszaki megoldások??

• Mo-on a hőm. emelkedés és csap. csökkenés esetén az erdős sztyepp a zonális erdők rovására terjeszkedne

• Egyes ökoszisztémák összeomolhatnak a melegedés miatt  ??


Tehetünk-e valami értelmeset a globális éghajlatváltozás elkerülésére? • „éghajlatvédelmi” stratégiák: energiaszerkezet átalakítása, takarékosság, műszaki megoldások (?) – környezetvédelmi szempontból szükségesek!

• józan megoldás: időben megtett alkalmazkodási intézkedések

17

2015.10.08.



Az El Niño jelenség

 Átlagos körülmények között:

• Kiegészítő anyagok:

•

DK-i Csendes-óceán: magas légnyomás

•

Indonézia, É-Ausztrália: alacsony légnyomás

– Az El Niño jelenség változása

•

Egyenlítő mentén K-i passzátszelek egyenlítik ki: a szelek D-Amerika

– A Broecker féle óceáni

•

szállítószalag lehetséges változása

partjaitól meleg vizet visznek a Ny-Csendes-óceáni térségbe D-Amerika partjai elől a passzát a meleg felszíni vizet elszállítja: hideg víz áramlik fel (8°C-kal hűvösebb itt a víz, mint a Ny-i térségben) •

miközben a Ny-Csendes-óceáni térségbe szállított meleg vizek 200 m mélységbe leszorítják a meleg felszíni és az alatta lévő hideg vizek határát

•

Passzát szél találkozik a Ny-i szelekkel: heves esőzések a Ny-Csendesóceáni részen  majd K felé áramlik a levegő  középső és K-i Csendes-óceánnál lefelé áramlik száraz időjárást okozva



El Niño (folyt.) Rendszertelen időközönként a fenti légnyomáskülönbség gyenge  K-i szél gyöngül  D-Amerika partjainál (K-Csendes-óceán) a szokásosnál melegebb a tenger, a Ny-Csendes-óceáni térségben viszont hidegebb El Niño jelenség (kisded v. gyermek Krisztus, karácsony tájékán jelentkező meleg áramlat D-Am. partjainál)

Dél-Amerika Ausztrália

•

D-Am.: melegebb, sósabb tenger  halászat romlik

•

trópusi viharok (tájfun, hurrikán: meleg tengerfelszínhez kötöttek) az átlagostól K-ebbre alakulnak ki

•

DK-Ázsia, Ausztrália: nagy szárazság, erdő- és bozóttüzek

forrás: www.pmel.noaa.gov/tao/elnino/nino-normal.html

18

2015.10.08.



Az El Niño hatásai és távkapcsolatai

70N 60N 50N 40N 30N 20N 10N EQ

Dél-Amerika

10S 20S

Ausztrália

30S 40S 50S 60S 0



La Niña

60E

120E

180

120W

60W

világoszöld: nedves és meleg; sötétkék: nedves és hideg; sötétzöld: nedves; piros: meleg; barna: száraz; sárga: száraz és meleg)


• D-Am.: átlagosnál hidegebb tenger  tápanyagellátottság jobb  ez serkenti a fotoszintézist  halállomány is gyarapszik • Indonézia: átlagosnál melegebb tenger  erősebb passzátszél, több csapadék Indonéziánál

Dél-Amerika Ausztrália


19

2015.10.08.


A La Niña hatásai és távkapcsolatai 70N


El Niño (folyt.)

• El Niño hatása a világ nagy részén észlelhető a földi

60N

légkörzés kapcsolatai miatt

50N 40N

• ENSO: El Niño and Southern Oscillation

30N 20N

• 2-10 évenként, 12 hónapig is eltarthat

10N EQ

• hosszú idősoros kutatások alapján a jelenség a 20.

10S 20S

szd.-ban jóval erősebb, mint korábban (1982-83,

30S

1997-98: legerősebb)

40S 50S 60S 0

60E

120E

180

120W

60W

• El Niño a nagy légköri folyamatok része  a globális felmelegedés hathat a változásaira

világoskék: hideg; sötétkék: nedves és hideg; zöld: nedves; narancs: száraz és hideg; barna: száraz; sárga: száraz és meleg



Broecker-féle óceáni szállítószalag •

Az elmúlt 110 ezer év klímájáról a grönlandi jégtakaróba mélyített fúrások pontos információkat szolgáltattak (jégbe zárt levegő O16/O18 aránya alapján)

•

 az éghajlati ingadozások gyorsabbak és gyakoribbak voltak, mint gondoltuk

•

„the oceanic conveyor belt” (Broecker-féle szállítószalag): a nagy óceáni medencék közt egy folyamatos – felszíni és mélytengeri – áramláskör

anomáliák az El Niño

•

20 millió m3/sec vízszállítás (100 Amazonas vízhozama!)

hatására nyáron

•

5-10°C-os pozitív hőmérsékleti anomáliát okoz az Észak-Atlanti térségben

•

az éghajlati változások oka: vélhetően az áramlásrendszer leállása majd újraindulása

kék: csapadékos narancs: száraz piros: meleg

Globális csapadák-

(fent) ill. télen (lent)

forrás: www.pmel.noaa.gov/tao/elnino/impacts.html

20

2015.10.08.


Az elmúlt 110 ezer év hőmérsékletváltozásai (Broecker 1997 alapján)


Óceáni szállítószalag (Földünk állapota e-tankönyv, 2008)

Hőleadás a légkörbe

Atlantióceán

Csendesóceán

Indiaióceán

Meleg, felszíni ármalat

Hideg, sós, mélyvízi áramlat Hőleadás a légkörbe


Broecker-féle óceáni szállítószalag • a szállítószalag az óceánvíz változó hőmérséklete és sótartalma alapján működtetett (termohalin) áramlás •

Észak-atlanti áramlás: Izlandnál még 12-13°C-os, majd párolgás és légáramlatok miatt 2-3°C-ra hűl, sótartalma megnő  sűrűsége megnő  lesüllyed, D felé áramlik tovább  Atlanti-, Indiai-óceán D-i medencéje  Csendes-óceán: hideg víz a felszínre kerül  Nyra haladva, felmelegedve zárja a rendszert

• legkritikusabb az Észak-Atlanti térség: kis sótartalom különbség mellett buknak mélybe a vizek  ha valamilyen édesvíz-utánpótlás felhígítja az óceán vizét  leállhat az áramlás


Broecker-féle óceáni szállítószalag Mi csökkentheti le a sótartalmat? 1.: növekvő csapadékmennyiség 2.: a térségbe közvetetten vizet juttató kanadai és szibériai folyók nagyobb vízhozama 3.: az arktikus területek olvadása jégtakaró elolvad  a sótartalom lecsökken  sűrűség nem nő meg  nem süllyed le a hideg víz  leáll a szállítószalag  csökken a térség hőmérséklete  leáll a sarki jégtakaró olvadása  újra megnő a sótartalom  elindulhat az áramlás

Ha bekövetkezik az óceáni szállítószalag leállása, akkor azt gyorsan követi az éghajlat megváltozása!

21

2015.10.08.


Szállítószalag gyengülés – lehűlés a múltban •


Egyezmények az üvegházhatású gázokról

8200 évvel ezelőtt hirtelen lehűlés: 200 év alatt kb. 5°C-t csökkent

•

a középhőmérséklet

 1992. Riói Konferencia: ENSZ Éghajlatváltozási Keretegyezmény (1994-ben lépett hatályba):

valószínűleg egy óriási édesvíztömeg kiáramlása indította el a

•

konkrét határidő és határértékek helyett a korábbi szinten való stabilizálás szükségességére utal az egyezmény

•

EK álláspont: a CO2 kibocsátás stabilizálása az 1990-es szinten 2000ig

•

USA: ezt elutasította

•

fejlődő országok: gazdasági fejlődésüket látták veszélyeztetve

•

37 ország vállalt elvi kötelezettséget, de ha minden fejlett állam betartaná a vállalását, akkor is tovább nőne a CO2 mennyisége

•

a növekedés megállításához szükséges: az összes antropogén kibocsátást több mint felére kellene csökkenteni

jelenséget, amely leállította az óceáni szállítószalagot •

a jégkorszak végén az É-Am.-i kontinensen felgyűlt hatalmas jégtömegek olvadásából egy óriási tó jött létre (Agassiz-tó: 2x nagyobb, mint a Kaszpi-tó), É-on jég határolta

•

Hudson-öböl felé kezdett el kiáramlani a tó vize a jég alatt (szubglaciális vízkiáramlás)

•

kb. egy év alatt kiáramlott (5-10 millió m3/sec!)

•

 termohalin cirkuláció legyengült

•

 lehűlés


Egyezmények az üvegházhatású gázokról  Kiotói Jegyzőkönyv (elfogadva: 1997) • • • • • • • • •

jogilag kötelező formában az országok kibocsátás-szabályozási kötelezettségvállalásai mára több mint 120 ország csatlakozott Mo: 2002-ben ratifikálta (2008-2012: -6%) a kibocsátás csökkentés bázis időpontja általában 1990 emissziós korlátozások: CO2, CH4, N2O, HFC-k (fluorozott szénhidrogének), PFC-k (perfluorkarbonok), SF6 (kén-hexafluorid) CO2 egyenértékre számolják át őket (global warming potencial) kiskapuk, felmentések (egyes országok csak növekedés-korlátozást, szinten tartást vállaltak) (csak akkor léphetett életbe, amikor a csatlakozó országok összes kibocsátása elérte a káros gázok kibocsátásának 55%-át) 2005. február 16-án életbe lépett


Egyezmények az üvegházhatású gázokról  A kiotói jegyzőkönyv rugalmasságai: •

időbeli rugalmasság (5 év átlagában kell teljesíteni)

•

emissziós rugalmasság (a 6-féle gáz belső emissziós arányai változhatnak, teljes emissziós értéket kell betartani)

•

nyelők kérdése (CO2 lekötése által is elérhető az emissziócsökkentés, pl. erdőtelepítések)

•

együttes megvalósítás és emissziós kereskedelem (konkrét vállalást tett országok között: ha egy ország a másikban emissziót csökkentő beruházást végez, annak egy részét saját eredményként elismertetheti; kereskedelem tárgya is lehet a kibocsátás)

•

tiszta fejlesztési mechanizmus (vállalást nem tevő országokban emissziót csökkentő beruházás saját eredményként elismertethető)

22

2015.10.08.




A Föld legnagyobb CO2 kibocsátói 2002-ben (forrás: IEA)

Az üvegházgáz-index alakulása és a gázok szerepe az energiamérlegben (1997-2005) (NOAA)


Koppenhágai klímakonferencia • •

2009. december eredmény: Koppenhágai Egyezmény – két és fél oldalas nyilatkozat – nem igazságos, nem ambiciózus és jogilag sem kötelező erejű

•

• •

az ÜHG csökkentése olyan mértékben, hogy a globális felmelegedés ne érje el a 2°C-ot (e felett gondolják ellenőrizhetetlenné válónak az éghajlatváltozást) kevés kézzelfogható konkrétum, nincsenek konkrét vállalások legkonkrétabb eredmény: fejlett országok megállapodása: támogatni fogják a tiszta energiát népszerűsítő, illetve a szárazságot, a tengerszintek emelkedését és a klímaváltozás egyéb hatásait enyhítő projekteket a szegény országokban

•

2010: mexikóvárosi klímakonferencia

23

2015.10.08.


Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése


• O2 ↔ O3 egyensúly • ózontartalom mérése: Dobson egység • 1 Dobson = normál nyomáson, tengerszintre vonatkoztatva a légréteg ózontartalma 0,01 mm-nek felel meg • az ózonképződés az UV-sugárzástól függ: fő keletkezési helye a trópusi területek feletti sztratoszféra (20-30 km-en) • a légköri áramlások azonban elszállítják É-ra és D-re

• trópusi területek felett: 250-260 Dobson • Északi-pólus felett: 440 Dobson • Déli-pólus felett: 300 Dobson (domináns Ny-i szelek az 60-60 szélességi foknál korlátozzák eljutását az Antarktiszig) forrás: http://toms.gsfc.nasa.gov/ozone/ozone.html




 Sztratoszférikus ózon: • fontos szerep: UV sugárzás szűrő hatás • csökkenő koncentráció (<220 Dobson: „ózonlyuk”)

 Troposzférikus ózon: • napsugárzás és szennyezőanyagok kémiai reakciói által képződik, de káros a jelenléte (ld. pl. Los Angeles típusú szmog) • növekvő koncentráció forrás: http://toms.gsfc.nasa.gov/ozone/ozone.html

24

2015.10.08.



A sztratoszférikus ózoncsökkenés egészségügyi hatásai  • • • •

bőrre kifejtett hatás: rosszindulatú festékes bőrdaganat (melanóma) leégés fényérzékenység napsugárzás okozta bőrelváltozások

 • • •

szemre kifejtett hatások: heveny kötőhártya- és szaruhártya gyulladás szürkehályog szem egyes részeinek rosszindulatú daganata

 • • •

immunrendszerre kifejtett hatások: a sejtes immunválasz elnyomása fokozott fertőzési fogékonyság latens vírusfertőzések aktiválása (pl. herpesz)

 nemcsak az emberek, állatok is megbetegedhetnek




Az ózontartalom csökkenése az Antarktiszon október 15-31. közötti átlagok alapján (Forrás: NOAA CMDL)

• freonok, halonok, szén-tetraklorid, metil-bromoform, metil-bromid stb. hatására az ózon lebomlik: CFCl3 → Cl (atomos) O3 + Cl (atomos) → O2 + ClO ClO (nem stabil) → Cl + O O + O → O2 Cl (atomos) → újra bonthatja az O3-t

• elsőként az Antarktisz felett mutatták ki az ózon koncentrációjának igen nagy mértékű csökkenését

25

2015.10.08.




 az ózon bontásában fő szerep: a poláris sztratoszférikus felhők (PSzF) 3 csoportja: •

 Az ózon éves változása a D-i pólus közelében: •

1. a kondenzációs magokra jég csapódik ki -87°C alatt: gyors lehűlés, nagyobb jégkristályok (pl. gyöngyházfelhők)

•

2. a kondenzációs magokra jég csapódik ki -87°C alatt: lassú lehűlés, igen apró jégkristályok

•

3. salétromsav-trihidrát felhők (HNO3•3H2O), már -78°C-on is megjelennek


jan.!), 18-23 km-en (-40°C-nál melegebb van a magasban) •

ősz-tél: besugárzás csökken, igen lassan csökken az ózontartalom is, 12-15 km felett mínusz 90-70°C  PSzF-kben megkötődnek a CFC-k

•

tavasz eleje (szept.!): 220 Dobson körüli az ózon  hőmérséklet 15-30 km-en gyorsan emelkedik  PSzF-kből CFC-k

 a PSzF-ekben felgyűlnek a klór- és brómvegyületek  tavasszal felengednek  UV sugárzás hatására a vegyületek átmenetileg felbomlanak  ózont lebontják  visszaalakulnak  megmaradva újrakezdhetik a katalizátor szerepüket!


az ózon maximuma (280 Dobson) a nyári félév folyamán (dec.-

felszabadulnak  hirtelen, két hét alatt lecsökken az ózon 120 Dobsonra, majd lassan tovább csökken, 15-20 km-en teljesen meg is semmisülhet  nyárhoz közeledve nő a besugárzás  nő az ózonképződés is  nyár eleje 250 Dobson körül


Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése  az É-i pólus közelében:

„Ózonlyuk” 2002 szeptemberében az Antarktisz felett

•

nincs akkora lehűlés, mint az Antarktiszon  rövidebb ideig vannak csak PSzF-k  kevesebb CFC tud megkötődni  eljutnak a déli területekre is (pedig az É-i féltekén képződik több ózonkárosító anyag!)

•

1995-96 telén nagy hideg volt: az É-i félgömb 45%-ára kiterjedő ózonvékonyodást észleltek – Arktisz felett 37%-kal csökkent – Nagy-Britannia felett 47%-kal csökkent az ózonréteg vastagsága 1996. febr-ban

•

2004 tavasz: 60%-os ózonfogyatkozás

•

700 millió embert veszélyeztetne egy antarktiszi méretű ózonlyuk

 legnagyobb „ózonlyuk”: Déli-sark körüli területeken 29 millió km2 2006ban, 85 Dobson (1998-ban: 26 millió km2)  az üvegházhatás elősegítheti az ózonréteg vékonyodását, mert a troposzférában bekövetkező melegedés a sztratoszférában lehűlést eredményez ( hosszabb ideig létező PSzF-k)

26

2015.10.08.


Ózon-egyezmények •

•

• • • •



1985 Bécs: keretegyezmény az ózonkárosító anyagok korlátozásáról ez volt az első átfogó egyezmény, ami egy globális környezeti problémában megállapodásra vezetett, mielőtt annak konkrét káros hatását az emberiség elszenvedte volna 1987 Montreali jegyzőkönyv: konkrét kötelezettségek: 5 freonvegyület esetében 1986-os szinten való korlátozás, 1993-ig 20%-os, 1998-ig 50%-os csökkentési kötelezettség 1990 London: metil-bromoform, szén-tetraklorid is korlátozásra kerül, korlátozási határidőket előbbre hoznak 1992 Koppenhága: halonokat 1994-ig, a többieket 1996-ig ki kell váltani, korlátozandó anyagok köre is bővült (HCFC, HBFC, metilbromid) 1995 Bécs fejlődő országokra is érvényes határidők 1999 Peking

A legfontosabb ózonkárosítók termelése (1980-2003) (Forrás: AFEAS)


Az atmoszférikus klór és bróm koncentrációjának változása a légkörben (Forrás: NOAA CMDL)

27

2015.10.08.



Ózon-eredmények •

az egyre szigorodó egyezmények hatására megállt az ózonkárosító anyagok kibocsátásának növekedése, majd csökkenő kibocsátás

•

az „ózonlyuk” mérete és megjelenésének időtartama is csökkenő tendenciát mutatott a 2000-es évek elején

•

de azóta úgy tűnik, csak átmenetiek voltak a kedvező jelek

•

néhány ingadozást mutató év után 2006-ban minden korábbinál nagyobb ózonlyuk

•

 néhány fejlődőnek minősített, de jelentős növekedést mutató országnak nyújtott felmentés veszélyes lehet (pl. Kína)

•

vulkanizmus: kénvegyületek  PSzF-k kondenzációs magjaként szolgálnak

forrás: www.knmi.nl/gome_fd/tm3/o3hole.html


forrás: www.knmi.nl/gome_fd/tm3/o3hole.html


Az ózonlyuk nagysága és időbeli kialakulása a Déli Sark környezetében

28

2015.10.08.



Savas esők

• nem egységes globális probléma, hanem nagy területekre kiterjedő regionális problémák együttese • elsősorban ipari és urbanizált területeken • már a 17. szd.-ban is észlelték, 1970-es években terjedt el a köztudatban • normál csapadék: pH = 5-6,5 savas eső: pH < 5

forrás: www.iup.physik.uni-bremen.de/gome/


Savas esők

Okai: • 60-70%-ban a kén: égetésekor → SO2 → SO3 → vízben oldva kénsav (H2SO4) • nitrogén-oxidok oldva: salétromsav (HNO3), salétromossav (HNO2) • klór → HCl (szénfajtákból)


• szennyezések hatásterülete: szélirányoknak megfelelően • SO2: 1500-3000 km, NOx: még nagyobb távolságra eljut • Skandináv országok savas esői: javarészt brit szennyezések; Japán savas esői: 1/3-a Kínából • az esőben oldott anyagok mennyisége függ az esőcseppek méretétől, élettartamától, hőmérsékletétől • felhő savasabb, mint az eső; eső savasabb, mint a hó; nyári zivatar savasabb, mint a csendes eső • a hóban a savak felhalmozódhatnak, olvadáskor fejtik ki hatásukat • száraz ülepedéssel is: levegőből kiülepedve, később nedvességgel érintkezve (pl. nyálkahártya) fejtik ki hatásukat

29

2015.10.08.



A savas esők hatásai

•

kiülepedve károsítják a növényeket, építményeket, embert (táplálékláncon keresztül)

•

tavak pH-ját lecsökkentik  élőviláguk is kipusztulhat pl. Kanada 300 ezer tavából 14 ezerben a halállomány átalakult a savas esők hatására Svédország 85 ezer 1 ha-nál nagyobb tavából 14 ezer már jelentősen savasodott

•

talajok elsavanyítása: Ca-, Mg-sók, egyéb tápanyagok kilúgozódhatnak, nehézfémek felvehető állapotba kerülhetnek, talajbaktériumok és férgek elpusztulnak stb.  a talajon élő élővilág is lassan károsodik pl. Németo.: fenyők, Mo.: lombos erdők károsodása

•

zuzmók: bioindikátorok



Néhány halfaj alkalmazkodóképessége a víz pH-változásához (USEPA)

119

30

2015.10.08.



A védekezés lehetőségei

• energiafelhasználás drasztikus csökkentése

•

Egyezmények, programok a levegőminőség javítására

• olajok, szenek kéntartalmának csökkentése

1979 Genf: egyezmény az országhatárokon átterjedő, nagy távolságokra eljutó légszennyeződésekről (2003-ig: 48 ország és az EU ratifikálta) (időközben folyamatos szigorítások)

• technológiai változtatások, új technológiák

a savas esőket okozó szennyezőanyagok kibocsátásának csökkentése, adatszolgáltatás, monitorozás •

1984: Európai Monitoring és Értékelési Program: S, N, VOC emissziós és immissziós adatok gyűjtése

• savasodást tűrő (növény)fajok

•

1985 Helsinki: kénkibocsátások 30%-os csökkentése 1993-ig az 1980-as szinthez viszonyítva

• speciális védőbevonatok előállítása, alkalmazása

•

1988 Szófia: NOx: 1987-es szintet 1994-re nem szabad meghaladni

•

1991 Genf: illékony szerves vegyületek (VOC) (fotokémiai szmoghoz járulnak hozzá) kibocsátásának szabályozása

• szűrőberendezések


Egyezmények, programok a levegőminőség javítására (folyt.)

•

1994 Oslói Jegyzőkönyv: kénkibocsátások szigorítása

•

1998 Aarhus-i Jegyzőkönyv (Dánia): Pb, Cd, Hg emissziójának csökkentése (minél inkább kiváltani a felhasználásukat) Jegyzőkönyv a hosszú élettartamú (perzisztens) szerves anyagok korlátozásáról


A levegő kéntartalmának változása Európában (mg/m3) (Forrás: EMEP 2006)

(szervezetben felhalmozódnak) •

1999 Gothenburgi Jegyzőkönyv (Svédo.): savasodás, eutrofizáció, felszín közeli ózon

•

az országok nagy része jól halad a vállalások teljesítésével, túlteljesítés is van

•

1990-től USA: „savas eső program”: SO2, NOx emisszió csökkentése 2010-ig az 1980-as szint alá (Kanada is csatlakozott)

31

2015.10.08.



Az NOx-kibocsátások alakulása az USA-ban (19902005) (Forrás: EPA 2006)

125



A légkör kéndioxid-szennyezettségének változás az USA-ban (EPA 2006 alapján)

 a jelentős beavatkozások eredményeként környezetjavulás Európában és É-

Amerikában  a probléma súlypontja áttolódott Ázsiába •

1999: a Föld 15 legszennyezettebb városa Ázsiában található

•

SO2 alapján: 19-ből 15 legnagyobb szennyezettségű nagyváros Ázsiában (az 1-4. is!)

•

legszennyezettebb levegőjű városok rangsora: Új-Delhi, Peking, Katmandu, Dakka

•

itt még nincsenek kibocsátási egyezmények, a nemzetközi ellenőrzés is most alakul csak ki

•

Japán: gyorsan növekvő kínai szennyezésektől szenved

32

2015.10.08.


A technika lehetőségei és jobb tudományos megismerés által hatékonyan fel lehet lépni a légszennyeződések és következményeik csökkentéséért (a gazdasági fejlődés csökkentése nélkül?)

33

Környezetvédelem (KM002_1) A globális éghajlatváltozás okai és jelenségei. 3b. Az antropogén légkörszennyezés. Globális éghajlatváltozás

Recommend Documents