Gaz cieplarniany

Gaz cieplarniany, gaz szklarniowy (GHG, z ang. greenhouse gas) – gazowy składnik atmosfery biorący udział w efekcie cieplarnianym.

Gazy cieplarniane przepuszczają większość docierającego do planety elektromagnetycznego promieniowania słonecznego (zwanego krótkofalowym), a pochłaniają promieniowanie podczerwone (zwane długofalowym) z planety[1]. Dzięki utrudnieniu ucieczki energii w przestrzeń kosmiczną, średnia temperatura atmosfery i powierzchni planety są podwyższone[2]. W atmosferze ziemskiej gazy cieplarniane obecne są zarówno w wyniku naturalnych procesów, jak i na skutek działalności człowieka.

Gazy cieplarniane

Do gazów cieplarnianych na Ziemi zalicza się:

Wkład gazu w efekt cieplarniany zależy od jego zdolności pochłaniania promieniowania podczerwonego i stężenia tego gazu w atmosferze. Przykładowo, metan silniej niż dwutlenek węgla pochłania promieniowanie podczerwone, ale jego ilość w atmosferze jest mniejsza, z czego wynika mniejszy udział tego gazu w efekcie cieplarnianym. Wielkością charakteryzującą możliwość wpływania wybranej substancji na efekt cieplarniany jest potencjał tworzenia efektu cieplarnianego.

Wkład poszczególnych gazów w efekt cieplarniany na Ziemi

Zawartość gazów cieplarnianych w atmosferze ziemskiej w stosunku do roku 1990

Gazy według ich bezpośredniego wpływu na efekt cieplarniany[3]:

Związek chemiczny
 		Wzór chemiczny
 		Stężenie w
atmosferze[4] (w ppm)		Udział
(%)
Para wodna i chmuryH2O10–50,000(A)36–72%  
Dwutlenek węglaCO2~4009–26%
MetanCH4~1.84–9%  
OzonO32–8(B)3–7%  
Notatka:

(A) Ilość pary wodnej znacznie zmienia się w zależności od miejsca i warunków atmosferycznych[5]
(B) Stężenie w stratosferze. Około 90% ozonu w atmosferze znajduje się w stratosferze.

Koncentracje i emisje gazów cieplarnianych na Ziemi

Para wodna (H2O)

Głównym źródłem pary wodnej w atmosferze jest parowanie globalnego oceanu, mniejszych zbiorników wodnych (morza, jeziora) i roślinności (transpiracja). Zawartość pary wodnej w atmosferze zależy od jej średniej temperatury: w przypadku wzrostu temperatury koncentracja pary wodnej rośnie, w przypadku ochłodzenia - spada. Człowiek nie jest w stanie trwale wpłynąć na średnią koncentrację pary wodnej w atmosferze: ewentualne niedobory zostaną szybko uzupełnione przez parowanie z ogromnego rezerwuaru, jakim jest ocean, ewentualne lokalne nadwyżki (np. związane z użyciem chłodni kominowych) skończą się powstaniem zachmurzenia, opadów i wycofaniem nadmiaru pary z atmosfery[6][7][8].

Dwutlenek węgla (CO2)

Badania rdzeni lodowych pokazują, że w ciągu ostatnich 800 000 lat (do czasu rewolucji przemysłowej) koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze wahała się w granicach od 170ppm (podczas epok lodowych) do 300ppm (podczas interglacjałów)[6][9]. Od roku 1750 człowiek doprowadził do znacznego zwiększenia stężenia dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w atmosferze[10]. Według danych Światowej Organizacji Meteorologicznej, w roku 2017 koncentracja dwutlenku węgla wyniosła 405,5±0,1 ppm (wzrost o 46% czyli ok. 127 ppm względem roku 1750)[11].

Źródła naturalne

Ilość dwutlenku węgla wydzielanego do atmosfery ziemskiej ze źródeł naturalnych jest 20 razy większa od emisji pochodzenia antropogenicznego (związanej z aktywnością ludzką)[12]. Występowanie innych od powyższych danych wynika z odmiennego zdefiniowania naturalnych źródeł emisji gazów cieplarnianych. Antropogeniczna emisja dwutlenku węgla jest pięciokrotnie mniejsza od naturalnej, zdefiniowanej jako działalność wulkaniczna i procesy zachodzące w glebie[13]. Naturalne emisje dwutlenku węgla są kompensowane przez naturalne procesy jego pochłaniania, takie jak np. wietrzenie skał i fotosynteza[14]. W efekcie przed początkiem okresu masowego spalania paliw kopalnych przez człowieka ilości dwutlenku węgla dostarczanego i odbieranego z atmosfery równoważyły się, przez co jego stężenie atmosferyczne pozostawało na poziomie 260–280 ppm w czasie 10 000 lat między maksimum ostatniego zlodowacenia a początkiem rewolucji przemysłowej[15].

Do naturalnych źródeł emisji dwutlenku węgla zalicza się między innymi[14]:

  • zbiorniki wodne (uwalnianie rozpuszczonego w niej CO2),
  • aktywność biologiczną flory i fauny (oddychanie i procesy rozkładu),
  • aktywność wulkaniczną – emisje gazów. Wielkości emisji gazów wulkanicznych różnią się znacznie w czasie[16].

Źródła antropogeniczne

Do źródeł emisji powodowanych działalnością człowieka zalicza się przede wszystkim[17]:

Ogólnoświatowa emisja dwutlenku węgla związana ze spalaniem paliw kopalnych i produkcją cementu wyniosła w roku 2017 36,2 mld t (27% Chiny, 15% USA, 10% Unia Europejska, 7% Indie, 42% reszta świata)[19]. 40% tych emisji związany był z użyciem węgla kamiennego, 35 - ropy naftowej, 20% - gazu ziemnego, 4% - z produkcją cementu a 1% - z pochodniami gazowymi[19]. Emisja CO2 w 2017 wzrosła o 1,6% w stosunku do 2016 roku[20].

Emisje związane ze zmianami użytkowania terenu (wylesianiem, wysuszaniem mokradeł itd.) wyniosły w roku 2017 ok. 5,13 mld t[19].

W Unii Europejskiej w 2005 r. z ogólnej emisji 4543 mln t na sektor energetyczny przypadło 1569,4 mln t; transport 1246,6 mln t; przemysł 942,9 mln t; gospodarstwa domowe 482,0 mln t; usługi 276,5 mln t; inne 26,0 mln t[21]. Ogółem emisja CO2 od roku bazowego protokołu z Kioto (1990) wzrosła ok. 49%[22].

Polska

Nie uwzględniając użytkowania lasów i gruntów emisja CO2 w 1988 r. była najwyższa i osiągnęła 565 mln t ekwiwalentu CO2. W latach 1988–1990 emisja ta spadła do 454 mln t ekwiwalentu CO2 rocznie. Od 1999 r. poziom ten nie przekracza 400 mln t ekwiwalentu CO2 rocznie. W roku 2017 polskie emisje związane ze spalaniem paliw kopalnych i produkcją cementu wyniosły w sumie ok. 322 mln t CO2 (za 62% odpowiadało spalanie węgla, 24% - ropy, 12% - gazu, 2% - produkcja cementu)[23].

Metan (CH4)

Wraz z nastaniem rewolucji przemysłowej rozpoczął się szybki wzrost koncentracji metanu w atmosferze. W połowie lat osiemdziesiątych XX wieku, gdy stężenie gazu osiągnęło 1650 ppb, wzrost spowolnił, a między rokiem 2000 i 2006 r. całkowicie ustał[14]. Od roku 2006 ponownie obserwuje się jednak wzrost koncentracji metanu w atmosferze[14]: według danych Światowej Organizacji Meteorologicznej, w roku 2017 stężenie CH4 wyniosło 1859±2 ppb (wzrost o 157% czyli ok. 1138 ppb względem roku 1750)[11]. Przyczyny ostatniego przyrostu ilości metanu w atmosferze są tematem badań[24]. Analizy składu izotopowego wskazują, że jest on efektem aktywności bakterii (np. w bagnach, zbiornikach słodkiej wody, na wysypiskach i w związku z rolnictwem)[25].

Źródła naturalne

Do naturalnych źródeł metanu zalicza się przede wszystkim[26]:

  • mokradła[18][27],
  • źródła geologiczne (naturalne uwalnianie metanu z głębi Ziemi),
  • wody słodkie (gnicie szczątków organicznych),
  • termity,
  • pożary roślinności,
  • wieloletnią zmarzlinę i klatraty metanu[28]

W latach 2003-2012 średnie roczne emisje metanu z mokradeł wyniosły prawdopodobnie 167 (między 127 a 202) mln ton CH4 a z pozostałych źródeł naturalnych w sumie 64 (między 21 a 132) mln ton CH4[26].

Źródła antropogeniczne

Do źródeł metanu związanych z działalnością człowieka zalicza się przede wszystkim[14][26]:

W latach 2003-2012 średnie roczne emisje metanu związane z wydobyciem i użyciem paliw kopalnych wyniosły prawdopodobnie 105 (między 77 a 133) mln ton CH4, a związane z rolnictwem - 188 (między 115 a 243) mln ton[26].

Podtlenek azotu (N2O)

Według danych Światowej Organizacji Meteorologicznej w roku 2017 średnia koncentracja podtlenku azotu wyniosła 329,9±0,1ppb, czyli o 22% więcej niż w czasach przed rewolucją przemysłową[11]. Najistotniejszym źródłem tego związku związanych z działalnością człowieka jest rolnictwo – nawozy azotowe niepobrane przez rośliny są przekształcane przez mikroorganizmy w tlenek azotu[14].

Przypisy

  1. ↑ Greenhouse gases - AMS Glossary, glossary.ametsoc.org [dostęp 2018-09-18] (ang.).
  2. ↑ Marcin Popkiewicz, Aleksandra Kardaś, Szymon Malinowski, Efekt cieplarniany - jak to działa, naukaoklimacie.pl, 12 stycznia 2015 [dostęp 2018-09-18] (pol.).
  3. ↑ J.T. Kiehl, Kevin E. Trenberth, Earth’s annual global mean energy budget, „Bulletin of the American Meteorological Society”, 78, 2018, s. 197–208, DOI: 10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2.
  4. ↑ Climate Change Indicators in the United States. [dostęp 2015-12-14].
  5. ↑ Wallace, John M. and Peter V. Hobbs. Atmospheric Science; An Introductory Survey.Elsevier. Second Edition, 2006. ISBN 978-0-12-732951-2. Chapter 1.
  6. ↑ a b Popkiewicz i inni, Nauka o klimacie, wyd. Wydanie II poprawione, Warszawa: Wydawnictwo Nieoczywiste, 2019, ISBN 978-83-8110-659-7, OCLC 1084540251 [dostęp 2019-02-13].
  7. ↑ Aleksandra Kardaś, Mit: parowanie zrównoważy wzrost poziomu morza, naukaoklimacie.pl, 31 maja 2017 [dostęp 2019-02-13].
  8. ↑ Skeptical Science, Mit: Para wodna jest najważniejszym gazem cieplarnianym, Marcin Popkiewicz (tłum.), naukaoklimacie.pl, 27 września 2013 [dostęp 2019-02-13].
  9. ↑ The Keeling Curve, The Keeling Curve [dostęp 2019-02-13] (ang.).
  10. ↑ Mit: Nauka nie jest zgodna w temacie globalnego ocieplenia., naukaoklimacie.pl [dostęp 2015-12-14].
  11. ↑ a b c GAW, WMO Greenhouse Gas Bulletin (GHG Bulletin), t. 14, library.wmo.int, 2018, ISSN 2078-0796 [dostęp 2019-02-13].
  12. ↑ Vital Climate Graphics (ang.). UNEP/GRID-Arendal.
  13. ↑ Kucowski J., Laudyn D., Przekwas M., Wyd. WNT: Energetyka a ochrona środowiska. Warszawa: 1993.
  14. ↑ a b c d e f Carbon and Other Biogeochemical Cycles, [w:] IPCC, Climate Change 2013 - The Physical Science Basis, „Cambridge Core”, 2009, DOI: 10.1017/cbo9781107415324 [dostęp 2018-09-18] (ang.).
  15. ↑ Chapter 7. Couplings Between Changes in the Climate System and Biogeochemistry. W: Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.): Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2007.. ISBN 978-0-521-88009-1. (ang.)
  16. ↑ PF Hoffmann i inni, A neoproterozoic snowball earth, 1998 (ang.).
  17. ↑ Corinne Le Quéré i inni, Global Carbon Budget 2018, „Earth System Science Data”, 10 (4), 2018, s. 2141–2194, DOI: 10.5194/essd-10-2141-2018, ISSN 1866-3516 [dostęp 2019-02-13] (ang.).
  18. ↑ a b Wiktor Kotowski i inni, Mokradła a zmiany klimatu. Materiały dla mediów -Światowy Dzień Mokradeł 2019, styczeń 2019.
  19. ↑ a b c Corinne Le Quéré i inni, Global Carbon Budget 2018, „Earth System Science Data”, 10 (4), 2018, s. 2141-2194, DOI: 10.5194/essd-10-2141-2018 (ang.).
  20. ↑ R.B. Jackson i inni, Global energy growth is outpacing decarbonization, „Environmental Research Letters”, 13 (12), 2018, s. 405–448, DOI: 10.1088/1748-9326/aaf303 (ang.).
  21. ↑ Leszek Szczygieł: Powstrzymanie zmian klimatycznych – konieczność czy kosztowne fanaberie. www.elektroenergetyka.pl. s. 805. [dostęp 2009-04-23].
  22. ↑ Global carbon emissions reach record 10 billion tonnes – threatening two degree target (ang.). 2011. [dostęp 2011-12-05]. [zarchiwizowane z tego adresu (2016-10-21)].
  23. ↑ Aleksandra Kardaś, Emisje CO2 dalej rosną - budżet węglowy 2018, naukaoklimacie.pl, 18 grudnia 2018 [dostęp 2019-02-13].
  24. ↑ Aleksandra Kardaś, Nieoczywisty metan, naukaoklimacie.pl, 14 grudnia 2016 [dostęp 2018-09-18] (pol.).
  25. ↑ Stefan Schwietzke i inni, Upward revision of global fossil fuel methane emissions based on isotope database, „Nature”, 538 (7623), 2016, s. 88–91, DOI: 10.1038/nature19797, ISSN 0028-0836 [dostęp 2018-09-18] (ang.).
  26. ↑ a b c d Marielle Saunois i inni, The global methane budget 2000–2012, „Earth System Science Data”, 8 (2), 2016, s. 697–751, DOI: 10.5194/essd-8-697-2016, ISSN 1866-3516 [dostęp 2019-02-13] (ang.).
  27. ↑ Anna Sierpińska, Torfowiska: ważny gracz światowego cyklu węglowego, naukaoklimacie.pl, 4 czerwca 2017 [dostęp 2019-02-13].
  28. ↑ Anna Sierpińska, Topnienie zmarzliny niszczy lądowe magazyny węgla, naukaoklimacie.pl, 6 września 2017 [dostęp 2019-02-13].

Linki zewnętrzne

Globalne ocieplenie i zmiana klimatu
badanie
przyczyny
opinie i reakcje
polityka
  • Kategoria:Zmiany klimatu

Media użyte na tej stronie

Annual greenhouse gas index, 1979-2008 (EPA, 2010). Indicator of radiative forcing.png
The following description is based on the cited source - US Environmental Protection Agency (EPA, 2010): This graph shows changes in the annual greenhouse gas index (AGGI) between 1979 and 2008. The AGGI measures the levels of greenhouse gases in the atmosphere based on their ability to cause changes in the Earth's climate. It includes 17 greenhouse gases - among these are carbon dioxide, methane, chlorofluorocarbons (CFCs), and nitrous oxide. Changes in the AGGI reflect changes in the radiative forcing (i.e., the warming effect) of greenhouse gases in the atmosphere.

EPA (2010): "In 2008, the Annual Greenhouse Gas Index was 1.26, an increase in radiative forcing of 26 percent over 1990 [...] Carbon dioxide accounts for approximately 80 percent of this increase. Of the five most prevalent greenhouse gases shown in [the graph], carbon dioxide and nitrous oxide are the only two whose contributions to radiative forcing continue to increase at a steady rate. By 2008, radiative forcing due to carbon dioxide was 35 percent higher than in 1990. Although the overall Annual Greenhouse Gas Index continues to grow, the rate of increase has slowed somewhat over time. This change has occurred in large part because methane concentrations have remained relatively steady since 1990, and CFC concentrations are declining because most of their uses have been banned."