Dopravní fakulta Jana Pernera, Univerzita Pardubice Školní rok: 2004/2005, letní semestr Ročník: I. (obor TŘD – kombinované studium Praha), Příjmení, jméno: Filadelfiová Radka Datum: 26.04.2004 Název práce: SKLENÍKOVÉ PLYNY (GLOBÁLNÍ ZMĚNA KLIMATU)
Prohlášení: Prohlašuji, že předložená práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracovala samostatně. Literaturu i další zdroje, z nichž jsem při zpracování čerpala, v práci cituji.
Anotace: Plyny na bázi uhlíku tzv. skleníkové plyny. Rozhodující pro sledování koncentrace skleníkových plynů je sledování tzv. uhlíkového cyklu. Uhlík je rozptýlen v ovzduší v plynech a je z něho odbouráván především procesem fotosyntézy. Uhlík, který je vázán v krátkodobém zásobníku. Dalšími procesy je uhlík vázán do zemské kůry, tzv. dlouhodobý zásobník. Sem patří i fosilní paliva. Mnohem závažnější znečišťování atmosféry uhlíkem pochází z dlouhodobého zásobníku. Z globálních vlivů automobilové dopravy je třeba minimalizovat množství emisí skleníkových plynů a omezit ohrožení především populací zvláště chráněných živočichů. Omezení množství skleníkových plynů je technologicky náročné a je spojeno s vývojem vozidel s velmi nízkou spotřebou paliv a zároveň s rozvojem vozidel s alternativními pohony.
Klíčová slova: 1
celkové globální oteplování, skleníkový efekt - antropogenní růst koncentrace tzv. “skleníkových plynů”, kaustobiolity neboli fosilní paliva, emise, skleníkové plyny (vodní pára, oxid uhličitý, metan, oxid dusný, ozón, halogenové uhlovodíky)
2
OBSAH Úvod ................................................................................................................................... 4 1.
Kolísání průměrných ročních teplot v atmosféře ............................................................... 4
2.
Globální klimatický systém................................................................................................ 7
3.
2.1.
Oteplování .................................................................................................................. 7
2.2.
Skleníkové plyny...................................................................................................... 10
2.3.
Funkce skleníkových plynů v atmosféře.................................................................. 10
Škodliviny ohrožující globální biogeochemické procesy ................................................ 11 3.1.
4.
Škodliviny v ovzduší - tuhé částice, kapalné částice i plyny a páry. ....................... 12
Skleníkové plyny.............................................................................................................. 15 4.1.
Vodní pára ................................................................................................................ 16
4.2.
Oxid uhličitý CO2 ..................................................................................................... 17
4.3.
Metan CH4 ................................................................................................................ 21
4.4.
Oxid dusný N2O ...................................................................................................... 22
4.5.
Ozón O3 .................................................................................................................... 22
4.6.
Halogenované uhlovodíky........................................................................................ 23
5.
Globální vlivy dopravy..................................................................................................... 24
6.
Projekty snižující emise skleníkových plynů ................................................................... 26
7.
Důsledky lidského konání ................................................................................................ 27
8.
Závěr: ............................................................................................................................... 28
9.
Použité informační zdroje ................................................................................................ 28 3
Úvod Hrozba nadcházející klimatické změny v důsledku emisí skleníkových plynů je jednoznačně nejzávažnějším problémem v celé dosavadní historii celosvětové starosti o životní prostředí. 1.
KOLÍSÁNÍ PRŮMĚRNÝCH ROČNÍCH TEPLOT V ATMOSFÉŘE
Následující graf znázorňuje kolísání průměrných ročních teplot v atmosféře vzhledem k průměru let 1961-1990 během posledních 140 let. Černá linka zaznamenává dlouhodobější trendy potlačováním náhlých krátkodobých výkyvů:
Graf č. 1 Kolísání průměrných ročních teplot v atmosféře během posledních cca 140 let
11
4
Další graf ukazuje variabilitu průměrných ročních teplot opět vzhledem k průměru let 19611990 na severní polokouli v posledních 1000 letech, černá čára pak znázorňuje průměrné teploty po půlstoletích. Míru nejistoty reprezentuje šedá zóna, červená linka v posledních letech značí výsledky měření přesnými přístroji.
5
Graf č. 2 Variabilita průměrných ročních teplot na severní polokouli za posledních 1000 let
1
6
2.
GLOBÁLNÍ KLIMATICKÝ SYSTÉM
Ve srovnání s jinými tělesy sluneční soustavy se Země vyznačuje značnou stabilitou svého klimatu. Zejména teplota na zemském povrchu se mění v poměrně úzkých mezích. Působí zde řada mechanismů v rámci globálního klimatického systému, který mimo atmosféru zahrnuje také oceány, vegetaci na zemském povrchu a mimozemské faktory, zejména sluneční záření. Velmi důležitou roli má skleníkový efekt zemského ovzduší. Spočívá v tom, že sluneční záření prochází jenom s malými změnami atmosférou k povrchu Země, kde se pohlcuje. Energií záření se zemský povrch ohřívá a přebytečné tepelné energie se zbavuje převážně opět zářením: vyzařuje infračervené záření. Infračervené paprsky však již atmosférou nepronikají tak snadno jako viditelné záření sluneční a z větší části se v ovzduší absorbují. Atmosféra se jimi ohřívá a přebytečnou energii podobně jako zemský povrch vyzařuje ve formě infračerveného záření. Jeho část směřuje k zemskému povrchu, který dále ohřívá. Proto je teplota při povrchu země podstatně vyšší – asi o 30°C – než kdyby tento efekt neexistoval. Infračervené záření ze zemského povrchu pohlcují, a skleníkový efekt tak působí, jen na některé složky ovzduší. Jsou to takzvané skleníkové plyny, mezi něž patří vodní pára, oxid uhličitý, oxid dusný, metan a některé další látky (například chlorované a fluorované uhlovodíky a hexafluorid síry). 2.1. OTEPLOVÁNÍ Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC), mezinárodní organizace, která zkoumá klimatické změny a shromažďuje naměřené teploty z meteorologických stanic po celém světě, zaznamenala od začátku průmyslové revoluce před 200 lety oteplení o 0.6°C. Toto oteplení potvrdila satelitní měření teplot v atmosféře a také dynamické modely IPCC simulující chování klimatu, které svými výpočty nad očekávání přesně kopírují křivku naměřeného oteplování, jak ukazuje následující graf.
7
Graf č. 3 Naměřené oteplování
11
Dalším důkazem oteplování jsou pozorovatelné změny, které se odehrávají v mnoha částech světa. Led v severních polárních oblastech taje obrovským tempem, rapidně ustupují horské ledovce, stromy dříve vykvétají. Příčinou klimatických změn je totiž narůstající koncentrace skleníkových plynů v atmosféře, které lidstvo produkuje stále stejným, ne-li zrychlujícím se tempem.
8
Důkazem zásadní role skleníkových plynů je Venuše, jejíž atmosféra se skládá téměř jen ze skleníkového plynu oxidu uhličitého a z toho důvodu je její povrch o 500°C teplejší než povrch zemský. Výmluvná je i historie naší planety, ve které jsou změny teploty většinou doprovázeny odpovídajícími změnami v atmosférické koncentraci skleníkových plynů. Pro rozhodující roli těchto plynů svědčí i následující model IPCC, který simuluje vývoj teplot bez započtení jejich vlivu. V případě zahrnutí skleníkových plynů do výpočtu (viz graf č.4) jsou obě křivky téměř shodné.
Graf č. 4 Vývoj teplot bez vlivu skleníkových plynů
11
9
2.2. SKLENÍKOVÉ PLYNY Nejdůležitějším skleníkovým plynem je vodní pára, avšak zaměříme se více na druhou nejdůležitější látku, kterou je oxid uhličitý, protože jeho koncentrace v atmosféře stoupají a je mimo jakoukoliv pochybnost, že za to jsou odpovědný emise ze spalování fosilních paliv. V předindustriálním období byla koncentrace oxidu uhličitého v ovzduší asi 280ppm (ppm = part per milion, jedna miliontina objemu), v současné době je asi 360ppm a další stoupání (nejméně na dvojnásobek původního obsahu, ale spíše ještě podstatně víc) je prakticky jisté. Ještě rychleji rostou koncentrace ostatních skleníkových plynů, kterých je sice v ovzduší mnohem méně než oxidu uhličitého, ale jejich “ohřívací potenciál” (to znamená, že stejný objem plynu pohltí infračervené záření účinněji než oxid uhličitý) je podstatně vyšší, až několika tisíci násobně. Důsledkem antropogenně vyvolaného růstu obsahu skleníkových plynů v ovzduší je zvyšování skleníkového efektu zemské atmosféry. Naprostá většina světových klimatologů je jednoznačně přesvědčena o tom, že zvýšení skleníkového efektu přináší celkové globální oteplování.
2.3. FUNKCE SKLENÍKOVÝCH PLYNŮ V ATMOSFÉŘE Ve dne na Zemi neustále dopadají sluneční paprsky, které naši planetu oteplují. Během noci Země naopak vysílá nashromážděné teplo zpět do vesmíru. Není to však tak jednoduché. Kdyby okamžitě všechno záření zase utíkalo do kosmu, byla by průměrná teplota na naší planetě 19 stupňů pod nulou a rozdíly denních a nočních teplot by přesahovaly 50 °C. Za takových podmínek by zde život, jak ho známe, zřejmě nevznikl. Stálejší a vyšší teploty na planetě zajišťuje atmosféra. Kdyby však byly v zemské atmosféře pouze plyny dusík a kyslík, jejichž zastoupení doopravdy činí přibližně 99 %, byla by průměrná teplota na Zemi stále jen 6 °C. Za podstatně příjemnější podnebí (průměrná tep.15 °C) vděčíme skupině plynů v zemské atmosféře, která zadržuje část unikajícího tepla a posílá ho zpět na zem. Díky tomu neklesají noční teploty hluboko pod bod mrazu. Jakto že ale stejně tak nebrání radiaci, která k nám od Slunce teprve letí? Je to způsobeno tím, že sluneční paprsky putují vesmírem ve formě 10
krátkovlnného záření, které se ovšem na Zemi mění v dlouhovlnné (tepelné neboli infračervené). Tyto plyny krátkovlnnou radiaci propustí, dlouhovlnnou už jen částečně. Atmosféra tedy funguje na stejném principu jako skleník. Proto se také tomuto jevu říká skleníkový efekt a vzdušní strážci našeho tepla dostali název skleníkové plyny.
11
Obr. 1 Skleníkové plyny v atmosféře
V důsledku zvyšování jejich koncentrace v atmosféře, za které mohou lidé, se skleníkový efekt zesiluje a způsobuje tak klimatické změny. 3.
ŠKODLIVINY OHROŽUJÍCÍ GLOBÁLNÍ BIOGEOCHEMICKÉ PROCESY 11
Nejproblematičtějšími škodlivinami jsou, alespoň doposud, jaderné odpady, nebezpečné odpady a odpady ohrožující globální biogeochemické procesy, jako například plyny způsobující skleníkový efekt. Chemicky jsou nejobtížněji oddělitelné nebo detoxikovatelné. Oxid uhličitý zachycuje teplo a zvyšuje teplotu Země, podobně jako pokrývka, nebo přesněji jako skleník, který dovoluje sluneční energii vstoupit dovnitř, ale brání jí v úniku zpět. Tento “skleníkový efekt” je přírodním a užitečným jevem, který ohřívá Zemi a činí ji obyvatelnou. Přílišné ohřátí, způsobené lidmi přidávaným oxidem uhličitým díky spalování fosilních paliv (fosilní paliva jsou zdrojem neobnovitelným, když se spálí, mění se v oxid uhličitý, vodní páru, oxid siřičitý a řadu dalších produktů spalování, které se v žádné časové škále, jež může lidstvo zajímat, nestanou opět fosilními palivy, namísto toho jde o odpady a znečišťující látky, které vstupují do planetárních výpustí). Nerosty a horniny jsou v podstatě neobnovitelné přírodní zdroje. V současné době se těží okolo 60 různých hornin a nerostů. Rozlišujeme rudy (zdroje kovů), nerudné suroviny (štěrk, kámen, vápenec atd.) a tzv. kaustobiolity čili fosilní paliva (uhlí, zemní plyn, ropa, hořlavá břidlice). Využívání fosilních paliv, kácení deštných pralesů a ohrožování mořského planktonu znečišťováním moří vede ke zvyšování koncentrace oxidu uhličitého v ovzduší, a tím i ke zvyšování skleníkového efektu. Skleníkový efekt způsobuje asi z 50 % CO2 a podílejí se na něm i další tzv. skleníkové plyny, jako je metan (CH4 - vznikající rozkladem organických látek působením anaerobních bakterií v rýžovištích, v trávicím ústrojí skotu, ve skládkách a unikající ze zemního plynu asi z 18 %), oxidy dusíku (ze 6%), freony (ze 14%) a některé další plyny. Předpokládá se, že následné oteplení biosféry o 1,5 - 4,5 °C může mít za následek velké změny v zemském klimatu: dojde k vysoušení velkých oblastí, mohou se narušit i mořské proudy a extrémní výkyvy teplot povedou k prudkým bouřím a dalším katastrofám. Při průměrném oteplení o 4 °C může dojít k tání polárních ledovců a ke zvýšení hladiny oceánů. Znečišťování atmosféry způsobují různé látky, které se do ovzduší dostávají z průmyslu, z dopravy atd. Šíří se vzdušnými proudy často na velké vzdálenost a vznikající imise a kyselé deště ovlivňují život v rozsáhlých oblastech. 3.1. ŠKODLIVINY V OVZDUŠÍ - TUHÉ ČÁSTICE, KAPALNÉ ČÁSTICE I PLYNY A PÁRY.
Tuhé částice: se dle svého vzniku a složení označují jako: 12
dým - jemné částice (velikost 0,1 – 1 µm) vznikají při svařování, tavení kovů apod. (tj. kondenzací látek vypařovaných za tepla či chemickými reakcemi) kouř - jemné částice (velikost 0,01-0,5 µm) vznikají při nedokonalém spalování a obsahují hlavně uhlík popílek - částice (velikost 1-100 µm) unikající při spalování paliv aerosol – jemné částice (velikost 0,01-1 µm) rozptýlené v plynu prach – částice vznikající především drcením, mletím a dalšími mechanickými způsoby (atmosféricky, cement, tabákový kouř, metarulgické prachy, mlha barev). Prach může obsahovat toxické složky (těžké kovy jako Hg, Pb, Cd, radioaktivní látky, As, kyanidy aj.). Obsah prachu v ovzduší se udává hmotnostní koncentrací (mg/m³). V čistém venkovském prostředí bývá tato koncentrace – C pouze 0,02 mg/m³, ve městech 1-3 mg/m³, kdežto ve slévárnách bez odsávání prachu mohou být až 60 mg/m³. Kapalné částice: v ovzduší vznikají rozptýlením nějaké kapaliny nebo kondenzací plynných látek. Směsi jemně rozptýlených kapalných částic v ovzduší říkáme mlha (velikost částic 0,1-3 µm). Škodlivé mlhy vznikají zejména v některých průmyslových provozovnách. Plyny a páry: vytvářejí směsi či navzájem reagují a v ovzduší se různě rozptylují. Jsou to zejména: oxidy síry – SO2 vzniká při spalování fosilních paliv, snadno oxiduje na SO3, s amoniakem vytváří siřičitany. SO3 reaguje s vodou a vzniká kyselina sírová (mlha) – hlavní příčina zvyšování kyselosti (acidifikace) prostředí. oxidy dusíku - NO vedle biologických procesů vzniká při spalování fosilních paliv (při vysokých teplotách přes 2000 °C), snadno v ovzduší oxiduje na NO2. NO2 je toxický, reaguje s vodou a vznikají kyseliny – další příčiny acidifikace prostředí a významně se podílí na fotochemickém vzniku přízemního ozónu. oxidy uhlíku - CO vzniká při nedokonalém spalování hlavně v zážehových motorech a také v cigaretovém kouři, kde ho bývá až 2 %, je velmi toxický, protože se dobře váže na 13
hemoglobin a je příčinou vnitřního zadušení. CO2 vzniká při dokonalém spalování a v přírodě při dýchání, je netoxický, ale ovlivňuje zvyšování skleníkového efektu. Uhlovodíky - (CxHx) přírodní zdroje jsou netoxické (metan vzniká rozkladem organických látek, rostliny uvolňují různé terpeny jako vůně apod.), naopak při spalování hlavně v zážehových motorech vznikají toxické uhlovodíky (např. benzpyren s karcinogenním účinky) a podílejí se na fotochemickém smogu. Doba setrvání plynných nečistot v ovzduší je různá: metan (CH4) – 4 roky, CO – 4 měsíce, NO2 – 11 dnů, SO2 – 4 dny. Mezi škodlivinami, které se dostávají do ovzduší (emisemi) dochází k neustálým reakcím a vznikají druhotné sloučeniny, které jsou součástí imisí. Reakce emisí v ovzduší: Fotochemické reakce – probíhají působením slunečního záření na NO2, organické látky i SO2. Dochází k různým oxidačním změnám, vzniká přízemní ozon (O3), který reaguje s organickými sloučeninami a vytváří toxické a dráždivé dusíkaté látky (např. peroxiacetylnitrát – PAN), a to nejvíce při teplotách nad 24 °C a při nízké vlhkosti. Jsou základem fotochemického (tzv. los-angelského) smogu. Redukční reakce – vznikají naopak při teplotách kolem 0 °C, vysoké vlhkosti a zejména při inverzi – vzniká smog (tvz. Londýnský), jehož hlavní částí jsou kouř, saze, mlha z SO2). Rozptylování plynných škodlivin (exhalací) závisí na tvaru území, na meteorologických faktorech a na fyzikálních a chemických vlastnostech škodlivin.
14
4.
SKLENÍKOVÉ PLYNY
Důležité skleníkové plyny jsou uvedeny v následující tabulce. Jediným z nich, jehož koncentrace za posledních 200 let nevzrostla, je ozón. Byl totiž likvidován freony (CFC), které se rovněž řadí do skleníkových plynů. Globálnímu oteplování a tabulka skleníkových plynů. Prvních pět plynů je přirozených, kdežto ostatní jsou umělé a v atmosféře se před zásahem člověka nevyskytovaly, a že relativní účinnost znamená zvýšení úhrnu energie dopadnuté na povrch Země za 100 let v poměru ke zvýšení působenému týmž objemem oxidu uhličitého. Plyny na bázi uhlíku: K problematice globálního oteplování je třeba dodat, že rozhodujícím skleníkovými plyny (nepočítáme-li vodu, jejíž působení v atmosféře je ale mnohem komplikovanější) jsou oxid uhličitý a metan, tedy plyny na bázi uhlíku. V biosféře existuje rovnováha mezi koncentracemi atmosférického kyslíku na straně jedné, a CO2 s metanem na straně druhé. Rozhodující pro sledování koncentrace skleníkových plynů je sledování tzv. uhlíkového cyklu. Uhlík je rozptýlen v ovzduší v plynech a je z něho odbouráván především procesem fotosyntézy. Zpět se dostává procesem dýchání živočichů a rostlin (okysličování potravy), hořením nebo tlením, půdním dýcháním. Půdním dýcháním se dostává do atmosféry desetkrát větší množství CO2 než spalováním fosilních paliv. Uhlík, který je obsažen v biomase je tak vázán v krátkodobém zásobníku. Dalšími procesy (např. pomocí anaerobních organismů) je uhlík vázán do zemské kůry, což je tzv. dlouhodobý zásobník. Sem patří některé horniny (např. vápenec) nebo fosilní paliva. Z tohoto pohledu je tedy mnohem závažnější znečišťování atmosféry uhlíkem pocházejícím z dlouhodobého zásobníku, tj. při spalování uhlí, ropy nebo zemního plynu nebo při výrobě vápna z vápence. Naopak méně závažný je uhlík pocházející z krátkodobého zásobníku (bioplyn, spalování biomasy a odpadků z biomasy, bionafta apod.), i když je samozřejmě třeba dbát o to, aby množství biomasy na Zemi rostlo (což je např. problém deštných pralesů). Nebezpečí znečištění uhlíkem z dlouhodobého zásobníku spočívá v tom, že do tohoto zásobníku byl uhlík postupně ukládán po dlouhá geologická období a byl to jeden z regulačních procesů, který pomáhal regulovat 15
klima planety, neboť zářivý výkon Slunce po celou dobu jeho života neustále pozvolna stoupá.
Tab. 1 Skleníkové plyny procentuální skleníkový plyn vzorec zastoupení v atmosféře
relativní účinnost
dosavadní nárůst
podíl na zvýšeném skleníkovém efektu
vodní pára
H2O
0,2 - 3
1
?
kolem nuly
oxid uhličitý
CO2
0,036
1
31%
61%
metan
CH4
0,0002
50
20%
19%
oxid dusný
N2O
0,00003
310
5%
6%
ozón
O3
proměnlivé
?
spíše úbytek
0%
CFC
3. 10- 8
asi 5000
HCFC 1. 10- 8
asi 5000
veškeré množství v atmosféře
14% - nejisté
halogenované uhlovodíky
CF4
1. 10- 8
6500
HFC
10- 10
1300
Známe však i další skleníkové plyny zastoupené v malém množství v atmosféře - například polyfluorovodíky (PFC) nebo fluorid sírový (SF6). 4.1. VODNÍ PÁRA Šedesát pět procent tepla, které zadrží nad zemí skleníkové plyny, je zachyceno právě vodní párou. Vyskytuje se však v atmosféře většinou ve formě mraků, které odráží nejen dlouhovlnnou radiaci zpět na Zem, ale také krátkovlnnou radiaci ze Slunce zpět do kosmu. Který jev převládne, určuje spousta dalších faktorů (výška mraků, jejich složení, pokrytí 16
oblohy a geografická oblast). Tuto funkci vody v atmosféře můžeme dokázat na dvou známých skutečnostech. Za jasné noci je větší zima, než když je zataženo. To je způsobeno právě tím, že v dané oblasti je v atmosféře málo vody (tj. mraků), která by mohla nastřádané teplo vracet zpět na zem. Jako druhý příklad - saharská poušť. Přes den tam panují velká vedra, naopak v noci může teplota klesat až pod bod mrazu. Je to opět způsobeno nízkou vlhkostí vzduchu. Přesným opakem je naopak deštný prales, kde jsou rozdíly denních a nočních teplot minimální. Některé další lidmi produkované znečišťující látky, zejména oxid siřičitý (SO2), ovzduší dokonce ochlazují. Do atmosféry se dostávají ve formě aerosolů, jejichž drobné částečky odrážejí pouze krátkovlnnou radiaci ze Slunce. Paradoxně tak tyto látky, které znečišťují ovzduší, působí také pozitivně.
4.2. OXID UHLIČITÝ CO2 Oxid uhličitý - CO2 Číslo CAS : 124-38-9 UN1013 (plyn); UN2187 (chlazená kapalina); UN1845 (pevná látka) OBECNĚ: Plynný oxid uhličitý je tvořen kombinací dvou prvků: uhlíku a kyslíku. Vzniká při spalování uhlí nebo uhlovodíků, při fermentaci kapalin a během dýchání člověka i zvířat. Nachází se v malém množství v atmosféře a je asimilován rostlinami, které z něj tvoří kyslík. Plynný CO2 má mírně dráždivý zápach, je bezbarvý a těžší než vzduch. Nemůže být nositelem života. Tuhne při -78.5 °C a tvoří sněhový oxid uhličitý. Ve vodném roztoku tvoří kyselinu uhličitou, která je však velmi nestabilní a lze jí obtížně separovat. Molekulová hmotnost: 44.01 g/mol Hustota pevné fáze: 1562 kg/m3 Hustota kapalné fáze: (při -20 °C (nebo -4 °F) a 19,7 baru) : 1032 kg/m3 Bod varu (sublimace): -78.5 °C 17
Latentní výparné teplo (1.013 baru při bodu varu): 571.08 kJ/kg Tlak par (při 20 °C nebo 68 °F): 58.5 baru Kritická teplota: 31 °C Kritický tlak: 73.825 baru Kritická hustota: 464 kg/m3 Teplota trojného bodu: -56.6 °C Tlak trojného bodu: 5.185 baru Hustota plynu (1.013 baru při bodu varu) : 2.814 kg/m3 Měrná váha (vzduch = 1) (1.013 baru a 21 °C (70 °F)) : 1.521 Specifický objem (1.013 baru a 21 °C (70 °F)) : 0.547 m3/kg Tepelná kapacita při konstantním tlaku (Cp) (1.013 baru a 25 °C (77 °F)) : 0.037 kJ/(mol.K) Tepelná kapacita při konstantním objemu (Cv) (1.013 baru a 25 °C (77 °F)) : 0.028 kJ/(mol.K) Poměr specifických tepel (Gamma:Cp/Cv) (1.013 baru a 25 °C (77 °F)) : 1.293759 Viskozita (0 °C (32 °F) a 1.013 baru) : 0.0001372 Poise Tepelná vodivost (0 °C (32 °F) a 1.013 baru) : 14.65 mW/(m.K) Rozpustnost ve vodě (0 °C (32 °F) a 1.013 bar) : 1.7163 obj/obj Koncentrace ve vzduchu : 0.03 obj. %
Vznik oxidu uhličitého: Vše začalo před 200 lety průmyslovou revolucí, kdy se v parních strojích začalo spalovat uhlí a do vzduchu se jako vedlejší produkt reakce uvolňoval oxid uhličitý - CO2. Dnes se uhlí stále 18
používá jako palivo v tepelných elektrárnách. Mnohem větší emise oxidu uhličitého se však uvolňují při spalování dalších fosilních paliv, totiž zemního plynu a hlavně ropných produktů, jako je benzín či nafta. Největší díl viny tedy nese doprava a chemický a energetický průmysl. Využívání fosilních paliv včetně uhlí tvoří 75% emisí CO2. Zbylou čtvrtinu přírůstku oxidu uhličitého způsobily činnosti jako je intenzivní využívání půdy či kácení a vypalování lesů, při kterých se tento plyn rovněž uvolňuje. Při likvidaci lesů, hlavně amazonského pralesa a pralesů rozkládajících se v zadní Indii a na přilehlých ostrovech, nejenže vypouštíme do atmosféry další zásoby oxidu uhličitého, ale navíc se zbavujeme pomocníků v boji proti globálnímu oteplování. Rostliny mají totiž schopnost oxid uhličitý z atmosféry samy odčerpávat. Současnost: Množství oxidu uhličitého v atmosféře již bylo zvýšeno z 285 na 368ppm. V současnosti se do ovzduší vypouští 7 miliard tun CO2 ročně a jeho koncentrace za tuto dobu stoupá o 1.5ppm. (1ppm je jedna miliontina vzduchu v atmosféře.) Pokud by například byly roční emise sníženy pod úroveň roku 1990 během jednoho století, ustálila by se atmosférická koncentrace oxidu uhličitého na čísle 650ppm. Mezivládní panel pro klimatické změny - IPCC na toto téma zpracoval grafy, jak se bude situace dále vyvíjet:
Graf č.5: Hrubé odhady, kolik bude lidstvo v příštím století produkovat oxidu uhličitého v miliardách tun podle pěti různých scénářů:
19
11
A1F1: Scénář předpokládající hospodářský i technologický rozvoj a zmenšování rozdílů mezi jednotlivými světovými regiony. Zdrojem energie bude i nadále pálení fosilních paliv. A1T: Totéž s tím rozdílem, že k výrobě energie se již fosilní paliva využívat nebudou. A1B: Zde by se obě cesty výroby energie kombinovaly. A2: Přetrvávají velké rozdíly mezi chudými a bohatými zeměmi, stále přibývá počtu obyvatel, rozvoj technologií je pomalejší. B1: Utlumení průmyslu na úkor služeb a rozvoje účinných a čistých technologií. B2: Společnost snažící se o environmentální i sociální stabilitu.
Graf č.6: Tytéž scénáře jsou využity tentokrát k výpočtu koncentrace CO2 v atmosféře v příštích 100 letech. Do roku 2100 by podle všech předpokladů neměl být překročen spodní a horní limit 490 a 1260ppm.
20
4.3. METAN CH4 Z organických látek ukrytých na dně moří vzniká metan, který postupně proniká usazeninami a v podobě bublin stoupá ke hladině. Podle nejnovějších výzkumů může být metan příčinou námořních katastrof, protože vytváří kapsy, v nichž je voda lehčí, nasycená bublinami tohoto plynu. Skleníkový efekt, přesněji řečeno antropogenní růst koncentrace tzv. “skleníkových plynů”, zvláště CO2, vede ke změnám v koncentracích malých složek atmosféry, k ohřevu troposféry a k ochlazování stratosféry. Antropogenní vzrůst koncentrace methanu v atmosféře ovlivňuje složky obsahující kovalentně vázaný chlor a rovněž koncentraci ozonu ve stratosféře. Vznik metanu: Metan - CH4, se dostává do ovzduší v důsledku pěstování rýže a dalších zavlažovacích projektů, intenzivního chovu dobytka, těžbě uhlí, a uvolňuje se také při hnilobných procesech na odpadních skládkách a při jeho průmyslovém zpracovávání. K přibývání metanu přispívají rovněž bažiny a mokřiny i vyšší koncentrace oxidu uhelnatého (CO) v atmosféře. Současnost: Koncentrace metanu zatím vzrostla o 151 %, což se nestalo nikdy za posledních 420 000 let. Rychlost růstu koncentrace CH4 se v posledním desetiletí mírně zpomalila. Odhady na příští 21
století se pohybují v rozmezí od 1570 do 3730ppb, přičemž nynější koncentrace metanu v atmosféře činí 1760ppb.
4.4. OXID DUSNÝ N2O Koncentrace oxidu dusného v atmosféře stoupla o 17% - nyní činí 316ppb - a nadále roste. Lidská činnost, kterou reprezentují hlavně zemědělská hnojiva, chemický průmysl a krmení pro dobytek, však způsobuje pouze třetinu aktuálních emisí N2O. Tab. 2 Měrné emise oxidu dusného (N2O) (g/obyvatel) 1995 1997 1998 1999 2000 2001 Individuální automobilová doprava
209 299 324 425 509 514
Silniční veřejná osobní doprava
2
2
3
3
3
4.5. OZÓN O3
4
Stratosférického ozónu díky lidské Silniční nákladní doprava 10 14 12 12 13 15 činnosti ubylo a Autobusy MHD 2 2 2 2 2 2 vznikla ozónová díra, nárůst ozónu Železniční doprava - motorová trakce 3 3 3 2 2 2 v troposféře je však silnější, a tak Vodní doprava 0 0 0 0 0 0 i tento plyn Letecká doprava 26 21 23 27 27 26 způsobuje spíše oteplování. Ozón Doprava celkem 252 340 367 471 556 563 se ovšem v atmosféře promíchává daleko pomaleji než ostatní skleníkové plyny, a proto se jeho koncentrace v jednotlivých oblastech mohou značně lišit. Předpokládané zvýšení množství troposférického ozónu v ovzduší by tedy postihlo hlavně severní polokouli. Tento plyn vzniká mimo jiné z automobilové dopravy. Někdy se zaměňuje problematika poškozování ozonové vrstvy a zesilování účinků tzv. skleníkového efektu. Jde o dva zcela rozdílné jevy, které však určitým způsobem souvisejí. Především látky nejvíce poškozující ozonovou vrstvu (freony) jsou současně i význačnými skleníkovými plyny. Odhaduje se, že nejzávažnější freony CFC – 11 a CFC – 12 se v ovzduší 22
podílejí na zesilování skleníkového efektu asi z 20 % (vedle oxidu uhličitého CO2, methanu CH4 a oxidu dusného N2O). Souvislostí “druhého řádu” je i pravděpodobný vliv teplotních změn v atmosféře v důsledku zesilování tzv. skleníkového jevu na celkové množství ozonu ve stratosféře. Světová výroba halogenových uhlovodíků (CFC-11, CFC-12, CFC-113, CFC114, CFC-115) dosáhla r. 1988 svého maxima přibližně 1 milionu 260 tisíc tun a do r.1992 poklesla asi o 50 %. 4.6. HALOGENOVANÉ UHLOVODÍKY Díky dohodě o jejich regulaci kvůli ozónové díře koncentrace těchto plynů vesměs buď klesají, nebo se jejich nárůst zbrzdil. Výjimkou jsou CHF2Cl, CF3CH2F, PFC či SF6, které se používají jako náhražky plynů likvidujících ozón. CFC Chlor-fluorované uhlovodíky (CFC), pro toto použití jsou známy pod obchodním názvem freon. Vysoko ve stratosféře, obklopuje Zemi jemný, životně důležitý závoj. Je tvořen plynem, který se nazývá ozón, což jsou tři atomy kyslíku spojené dohromady (O3), na rozdíl od normálního kyslíku v atmosféře, který tvoří dva atomy kyslíku (O2). Ozón je nestabilní, je tak reaktivní, že napadá a oxiduje téměř vše, co se sním dostane do kontaktu. V nižších vrstvách atmosféry, kde se nachází více materiálů, s nimiž by mohl reagovat (včetně tkání rostlin a lidských plic) je proto ozón destruktivní, ale krátkodobou škodlivinou. Ve stratosféře však nemá příliš mnoho příležitostí k chemické reakci. Ozon zde neustále vzniká jako produkt interakce slunečních paprsků s molekulami normálního kyslíku a vydrží relativně dlouhou dobu. Ve stratosféře se proto akumuluje “ozónová vrstva”. Vznik CFC Ozonovou vrstvu, která brání průniku ultrafialového záření k zemskému povrchu, narušují plynné látky freony, tj. chlorofluorouhlovodíky (označované jako CFC). Jsou to značně stabilní látky, které se přízemní vrstvě vzduchu nijak nerozkládají. Ve vyšších vrstvách atmosféry se však vlivem volných atomů štěpí, uvolňuje se z nich chlór a fluór, které pak reagují s molekulami ozonu a rozkládají je. Uvolněný atom chloru z CFC může rozložit až několik tisíc molekul ozonu. Freony přetrvávají ve stratosféře velmi dlouho, a i když jejich výroba byla většinou zastavena, budou působit na ozonovou vrstvu Země ještě mnoho let (nejběžnější freon CH3CL přetrvává v ovzduší sice jen 1,5 roku, ale další velmi běžný 23
CCL2F2 až 130 let, CCL3F až 65 let a některé méně rozšíření jako CCIF3 až 400 let). Lidé si uvědomili hrozící nebezpečí a byly přijaty mezinárodní dokumenty zakazující výrobu freonů (Vídeňská konvence z roku 1985, poté Montrealský protokol z roku 1987 a v roce 1992 v Kodani úmluva, dle níž mají být vyloučeny všechny látky ohrožující ozonovou vrstvu atmosféry. Za intenzivního slunečního záření s kyslíkem v přízemní vrstvě vzduchu (v troposféře) reagují molekuly oxidů dusíku (NOx) a vzniká ozon. Aerosoly Aerosoly, drobné částečky poletující v atmosféře, ovzduší značně znečišťují, zároveň však zpomalují globální oteplování. Jejich hlavním zdrojem je pálení fosilních paliv a biomasy. Množství aerosolů v jednotlivých oblastech se může značně lišit. V posledních letech jich však v atmosféře hromadně ubývá, což obnáší jak čistší ovzduší, tak rychlejší průběh klimatických změn. Saze Objevují se dohady o tom, že velký podíl na oteplování mají saze. Poblíž jejich zdrojů totiž dochází k úbytku oblačnosti a na Zemi tedy dopadá velké procento slunečního záření. K tomuto jevy dochází hlavně v tropech, zvláště silný je pak nad Indickým oceánem.
Stabilizace plynů způsobující skleníkový efekt je díky oceánům. Ty absorbují asi ½ přebytečného oxidu uhličitého emitovaného lidstvem. Tento jev není dost silný na to, aby zastavil nárůst atmosférického oxidu uhličitého, stačí však na jeho zpomalení. 5.
GLOBÁLNÍ VLIVY DOPRAVY
vodní doprava – nároky na zábor půdy, rizika - úniky ropných produktů, havárie ropných tankerů způsobující těžké místní ekologické katastrofy v mořích, oceánech a na pobřežích letecká – hluk a také nebezpečí spojeno s únikem pohonných hmot do půdy u skladišť a znehodnocením podzemní vody silniční doprava – výstavba komunikací, a tím vede k vyřazení velkého množství půdy z produkčního využívání, způsobuje hluk, úniky ropných látek, ohrožují půdu a vodu, do prostředí se dostává velké množství exhalací. Obsahují zejména oxid uhličitý (CO2), oxidy 24
dusíku (Nox), oxid uhelnatý, sloučeniny olova, uhlovodíky (např. kancerogenní benzpyren). Únik olejů a dalších látek a hromadění vraků. Emise škodlivin ze spalovacích procesů (za nejvíce škodlivé se považují skleníkové plyny a perzistentní i těkavé organické látky), jejichž koncentrace ve výfukových plynech se díky moderním motorům a použití katalyzátorů snižují, ale celkově neklesají z důvodu rostoucího objemu silniční dopravy a v poslední době i podílu výkonnějších vozidel. Automobilová doprava však neprodukuje pouze oxidy síry. Ve výčtu škodlivin uvolňovaných do ovzduší spalováním ropných látek zaujímají přední místo oxidy uhlíku - CO2, oxid uhličitý, působící jako skleníkový plyn a CO, oxid uhelnatý, který je jedovatý a již v nízkých koncentracích snižuje schopnost krve vázat a přenášet kyslík. Další složkou spalin jsou oxidy dusíku : oxid dusný (NO), oxid dusičitý (NO2) a N2O. Oxid dusný vzniká během spalovacího procesu v motorech za vysoké teploty, kdy dochází k oxidaci vzdušného dusíku. Oxid dusný je poměrně reaktivní plyn, takže se dále slučuje se vzdušným kyslíkem na oxid dusičitý (2 NO + O2 --> 2 NO2). NO2 se podílí na vzniku dvou dalších škodlivých látek. Reakcí se vzdušnou vlhkostí vytváří kyselinu dusičnou, která přispívá ke kyselým dešťům. Působením slunečního se NO2 opět rozkládá podle rovnice NO2 + sluneční světlo --> NO + O. Uvolněný atom kyslíku je vysoce reaktivní a slučuje se vzdušným kyslíkem na ozón. Přízemní ozón (O3) je pro lidské zdraví rovněž škodlivý. Vysoké koncentrace O3 způsobují dýchací problémy a poškozují plíce. Ozón má také vliv na průběh fotosyntézy a poškozuje zelené porosty. Oproti zmíněným plynům (CO2, CO, a NOx) se emise kysličníku siřitého (SO2) z dopravy mohou zdát relativně malé. Zatímco u CO2 jde řádově miliony tun, SO2 je zastoupeno "pouhými" stovkami tisíc tun. Problémem je množství oxidu siřičitého ve výfukových plynech vzniklých při spalování benzínů. To je stále dost vysoké pro nové typy katalyzátorů, které by díky novým vlastnostem umožnili více snížit emise CO2 a NOx. U dieselových motorů, spalujících motorovou naftu, je situace se sirnými emisemi mnohem horší - zplodiny obsahují v průměru 6x více SO2, než při spálení stejného množství benzínu. Pojem bezsírový benzín, používaný v mnoha dokumentech, neznamená nulový obsah síry v palivu. Tímto pojmem je označován benzín s obsahem síry nižším než 10 mg/kg. Hodnoty síry v dnes prodávaném benzínu jsou přibližně 20krát vyšší.
25
Podíl dopravy na produkci skleníkových plynů není velký (cca 12%). Největším emitentem je sektor zemědělství. Avšak produkce skleníkových plynů v zemědělství pochází v převážné většině z biomasy, zatímco u dopravy z fosilních paliv.
6.
PROJEKTY SNIŽUJÍCÍ EMISE SKLENÍKOVÝCH PLYNŮ
Produkce skleníkového plynu oxidu uhličitého je obecně nejvážnější překážkou využívání fosilních paliv a snaha po redukcích emisí tohoto plynu je dnes snad nejdůležitějším vodítkem, kterým se řídí energetické politiky vyspělých zemí. Tento přístup je zvláště vyjádřen Kjótským protokolem. Vedle tradičních způsobů financování projektů úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie, vznikají nyní i nové možnosti pro financování projektů snižujících emise skleníkových plynů. S těmito emisemi se v současnosti totiž začíná mezinárodně obchodovat a trh s emisemi se postupně rozšiřuje. V roce 2002 bylo již možné prodat ušetřené emise skleníkových plynů například uhlíkovému fondu Světové banky v takzvaném programu Prototype Carbon Fund, nebo také nizozemské anebo dánské vládě. Evropská unie již ratifikovala Kjótský protokol a od roku 2005 se proto očekává vznik
celoevropského trhu s emisními povoleními. Kromě těchto možností samozřejmě i nadále zůstává tradiční možnost financování projektů energetických úspor a využití obnovitelných zdrojů energie v podobě garančních a grantových fondů.
26
7.
DŮSLEDKY LIDSKÉHO KONÁNÍ
Bez ohledu na možné důsledky je zcela bez diskuse, že lidstvem produkované emise plynů působící skleníkový efekt naplňují atmosférické výpusti rychleji, než je stačí planeta vyprazdňovat. Může trvat desetiletí, než se důsledky projeví táním ledu, zvyšováním hladiny moří, změnou mořských proudů, posuvem srážek, většími bouřemi a migracemi hmyzu, ptáků nebo savců. Údaj o světovém průměru oteplení však vypovídá velmi málo o skutečných důsledcích zvýšení obsahu skleníkových plynů v ovzduší. Oteplení bude rozloženo nestejně, bude větší v blízkosti pólů než v blízkosti rovníku. Protože počasí na Zemi a její klima je do značné míry řízeno rozdíly teploty mezi póly a rovníkem, větry, deště a mořské proudy změní silu i směr. Dojde téměř určitě k řadě dalších změn klimatu. Především vzrůst teploty nebude rovnoměrný, v některých oblastech může dokonce dojít k mírnému ochlazení, zatímco v jiných k výraznějšímu oteplení. Klimatický systém představuje neobyčejně složitý komplex vzájemných vazeb mezi různými částmi zemského povrchu a složkami globálního prostředí. Velmi důležité jsou reakce oceánů. S určitostí lze předpokládat postupné zvýšení hladiny moří, nejdříve o několik centimetrů, postupně však o několik metru (za 100-150let). To by znamenalo zaplavení obrovských přímořských oblastí včetně celých ostrovů, dnes povětšině hustě obydlených. Spekuluje se i o změně mořských proudů. Snad největší obavy však jsou z 27
velké pravděpodobnosti zvýšení výskytu extrémních událostí, mezi něž patří období silných mrazů, dlouhých such, výrazných veder, ale i povodní, hurikánů, tajfunů a podobných “živelních” katastrof. Hrozba nadcházející klimatické změny v důsledku emisí skleníkových plynů je jednoznačně nejzávažnějším problémem v celé dosavadní historii celosvětové starosti o životní prostředí. Ačkoliv přesné důsledky zvyšování obsahu skleníkových plynů v ovzduší jsou stále předmětem vědeckých diskuzí, možné dopady jsou ve svém úhrnu hrozivé. 8.
ZÁVĚR:
Citát ze Světové komise pro životní prostředí a rozvoj: “Lidstvo má schopnost učinit rozvoj trvale udržitelným – vyhovět potřebám přítomnosti, aniž by ohrozilo uspokojení potřeb budoucích generací.” Odhaluje se nám nesmírně veliké rozpětí možných variant budoucnosti a důležitost rozhodnutí, která je ještě třeba udělat. 9.
POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE
http://www.ekolist.cz/zprava.shtml?x=154770 http://www.ekolist.cz/zprava.shtml?x=136258 http://www.ekolist.cz/zprava.shtml?x=34135 http://klima.ecn.cz/ http://www.greenpeace.cz/release/99/991201.htm http://www.ecomonitor.cz/zprava.shtml?x=169929 http://www.env.cebin.cz/_nav/_index_hp.html http://dir.seznam.cz/Zpravodajstvi/Casopisy__e_ziny/Studentske/Vysokych_skol/index.html http://www.atlas.cz/search/?q=sklen%EDkov%E9+plyny 28
[1] DOLELLA H.MEADOWSOVÁ, DENNIS L. MEADOWS, JORGEN RANDERS, Překročení mezí. Praha:ARGO, 1995. 319 s. ISBN 80-85794-83-7 // ISBN 80-901890-08 [2] ERICH LIPPERT, Ozónová vrstva ZEMĚ. Praha: VESMÍR a MŽP ČR, 1995. 160 s. ISBN 80-85368-61-7 (MŽP) // ISBN 80-901131-5-X (Vesmír) [3] VÁCLAV BARAN, Jaderná energetika a další problémy moderní civilizace. PRAHA: ACADEMIA, 2002. 160 s. ISBN 80-200-1048-3 [4] KVASNIČKOVÁ DANUŠE, VLASTA MIKULOVÁ, EVA PLACHEJDOVÁ, Životní prostředí doplňkový text k základům ekologie. Praha:FRAGMENT, 1998. 160 s. ISBN 807200-286-4 [5] BEDŘICH MOLDAN, Neudržitelný rozvoj ekologie hrozba i naděje. PRAHA: KAROLINUM, 2001. 141 s. ISBN 80-246-0286-5
29
Ročník: I. (obor TŘD – kombinované studium Praha), Příjmení, jméno: Filadelfiová Radka
Připomínky: •
Název souboru není podle pokynů
•
Chybí souhlas se zveřejněním
•
Formátování stránek není podle pokynů!!! Je zcela nesmyslné!
•
Mnoho nadbytečných znaků
•
Obr. 1, 2 a další − není uveden zdroj!
•
Typografické chyby (30°C, před 200 lety oteplení o 0.6°C., 6%, CH3CL, CCL2F2, CCL3F, CCIF3 aj.)
•
Neopravené drobné chyby a překlepy (“několika tisíci násobně”
•
Chybí odkazy na zdroje!
•
Pro odborný styl nepřijatelné formulace: “Led ... taje obrovským tempem” “zaměříme se” “Za podstatně příjemnější podnebí ... vděčíme skupině plynů” “Jakto že ale stejně tak nebrání radiaci, která k nám od Slunce teprve letí?” “vzdušní strážci našeho tepla dostali název...” “Známe však...” aj.
•
Chybí odkazy (“Naprostá většina světových klimatologů je jednoznačně přesvědčena o tom, že zvýšení skleníkového efektu přináší celkové globální oteplování.”), nejsou uvedeny jiné názory 30
•
Totéž: “Odhaduje se, že nejzávažnější freony CFC – 11 a CFC – 12 se v ovzduší...” − kde je odkaz? kdo odhaduje????
•
Tab. 1 − chybí odkaz na zdroj
•
Obrázek na str. 17 se špatně zobrazuje, je pouze ilustrativní, není uveden zdroj Podobně obrázek na str. 18 a dále
•
“Mezivládní panel pro klimatické změny - IPCC na toto téma zpracoval grafy, jak se bude situace dále vyvíjet: “ ???, odkaz???
•
V popisech obrázků chybí odkaz na zdroj
•
tab. 2 vložena jako textové pole − špatné obtékání textu; chybí odkaz na zdroj
•
Globální vlivy dopravy − letecká doprava: není uveden vliv na ovzduší!
•
Webové zdroje nejsou citovány podle ISO 690, nejsou číslovány a nejsou na ně odkazy v textu
Hodnocení: nezveřejňuje se 21. 5. 2004 JM
31
