Efekt cieplarniany.

Dwutlenek węgla negatywnym składnikiem w atmosferze

Atmosfera ziemska otacza Ziemię, chroniąc nas przed groźnym promieniowaniem słonecznym i chłodem otaczającego kosmosu. Atmosfera zawiera powietrze, którym oddychamy, parę wodną i drobiny pyłu. Powietrze składa się z 78,08% azotu, 20,95% tlenu, 0,93% argonu, 0,002% neonu, 0,0005% helu, 0,0001% kryptonu, 0.00005% wodoru, 0,000009% ksenonu, 0.000001% ozonu, a dwutlenek węgla zajmuje 0,03%. Niezbędne do życia są tlen, ozon, może trudno jest Ci w to uwierzyć, ale dwutlenek węgla również. Z pary wodnej natomiast tworzą się chmury, z których następnie pada deszcz. Atmosfera utrzymuje się wokół Ziemi dzięki grawitacji, a jej grubość dochodzi do 2000km. Trzy czwarte powietrza atmosferycznego znajduje się poniżej 10700m. Od Ziemi, im wyżej tym jest ono rzadsze. Atmosferę możemy podzielić na kilka warstw w kolejności od dołu noszą nazwę troposfery, stratosfery, mezosfery, jonosfery, egzosfery. Troposfera jest najwęższą z warstw, mimo to zawiera najwięcej gazów wchodzących w skład atmosfery. Sięga do 11 km nad powierzchnia Ziemi, ale grubość jej jest różna, zależnie od miejsca na kuli ziemskiej i pory roku. Stratosfera rozciąga się na wysokości od 11 do 50 km nad Ziemią. Panuje tam spokój, dlatego wlatują tu samoloty, aby uniknąć wszelkich wiatrów i złej pogody. Mezosfera znajduje się na wysokości od 50 do 80 km nad Ziemią. Gdy docierają tam meteoryty, spalają się i dlatego widzimy je jako „spadające gwiazdy”. Na wysokości od 80 do 480 km nad Ziemią rozciąga się warstwa bardzo rozrzedzonego powietrza zw. Jonosferą. Składa się z kilku warstw naładowanych elektrycznie cząsteczek, od których odbijają się i dzięki temu rozchodzą wokół Ziemi fale radiowe. Atmosfera nie ma górnej granicy, ostatnia warstwa przechodzi w przestrzeń kosmiczną prawie nie zawiera powietrza zwie się Egzosferą.

Wszystkie planety układu słonecznego posiadają swoje atmosfery. Najbliżej słońca położony jest Merkury, którego głównym składnikiem atmosfery jest Hel, oraz Neon, Argon i Ksenon. Wenus natomiast otoczona jest gęstą, nieprzenikliwą dla promieniowania widzialnego atmosferą. W warstwie przypowierzchniowej zajmuję 98%, znajdują się tam również niewielkie ilości tlenu, azotu, tlenku węgla i pary wodnej. Na wysokości 49-69 km rozciąga się gęsta warstwa chmur złożonych z kropelek 70-procentowego kwasu siarkowego. Mars w dolnej warstwie otoczony jest w 95% dwutlenkiem węgla, 2-3% ozonem, argonem w 1-2% i w cząstkowej ilości tlenem 0,3% oraz niewielkiej ilości pary wodnej. Na wysokości 150 km dominującym składnikiem jest tlen atomowy, a powyżej 300 km gromadzi się wodór. Jowisz otoczony jest jak Wenus gęstą atmosferą. W jej skład wchodzą przede wszystkim wodór i hel oraz w mniejszych ilościach metan, amoniak, para wodna, deuter i acetylen. Atmosfera Saturna składa się z 88% wodoru, 11% helu oraz metanu, amoniaku, acetylenu i etanu. Uran i Neptun są ubogie w różnorodność gazów. Atmosfery tych dwóch planet składają się z wodoru, helu i niewielkiej ilości metanu, który Neptunowi nadaje intensywny kolor niebieski. Atmosfera Plutona najprawdopodobniej składa się z metanu.

Atmosfera na Ziemi jest skażona. Do największych zanieczyszczeń należą lotne związki organiczne, związane z emisją gazów z pojazdów i wyziewami przemysłu chemicznego, oraz amoniak i ozon, tworzące się w pobliżu powierzchni Ziemi w wyniku działania światła słonecznego na tlenki azotu i lotne związki organiczne. Skażenie ozonem może zwiększyć podatność ludzką na infekcje i choroby układu oddechowego, zmniejszać wydajność niektórych upraw i niszczyć naturalną roślinność.

Zanieczyszczenie powietrza przez przemysł.

Zmiany klimatu i zanik ozonu są wzajemnie chemicznie powietrza przez środki powiązane. Na wysokości stratosfery promienie ultrafioletowe komunikacji miejskiej rozszczepiają cząsteczki freonu uwalniając zawarty w nim chlor, którego atomy atakują ozon. Oba maja globalny zasięg nie można się przed nimi ukryć. Do głównych „gazów cieplarnianych” należą chlorofluoropochodne węglowodanów oraz freon 11 i freon 12 są one aktywnymi związkami niszczącymi ozon. Freony bardzo powoli ulegają rozpadowi mogą przetrwać nawet 150 lat.

Freon, którego używamy na przykład w:
- sprężarkach lodówek
- chłodniach i urządzeniach klimatyzacyjnych
- do produkcji lakierów
- w przemyśle kosmetycznym
- w medycynie
- jako delikatne środki czyszczące w przemyśle komputerowym,
Ma on ogólny wzór CnHxFyClz. Pod wpływem promieniowania UV następuje fotodysocjacja i od cząsteczki freonu odłącza się atom chloru.
Następują reakcje:
Cl + O3 ClO + O2
cząsteczka chloru + cząsteczka ozonu / tlenek chloru + cząsteczka tlenu

ClO + O3 Cl + 2O2
Tlenek chloru + cząsteczka ozonu / cząsteczka chloru + 2 cząsteczki tlenu

Zamiast O3 mamy O2 zaś wolny atom chloru może siać dalsze zniszczenie. Warstwa ozonu znajduje się w stratosferze 15-50 km nad powierzchnią Ziemi. Działa jak tarcza absorbująca wysokoenergetyczne promieniowanie ultrafioletowe (UV-B), które jest groźne dla życia i które również nagrzewa zewnętrzna powłokę atmosfery.

Dziura ozonowa
Ozon jest formą tlenu z trzema atomami (zamiast dwóch jak w "normalnym" tlenie) jest wyraźnie toksyczny. Jedna cząstka tego gazu na milion części powietrza jest już dla ludzi trująca. Blisko powierzchni Ziemi ozon jest trucizną, która współuczestniczy w tworzeniu smogu fotochemicznego i kwaśnego deszczu. Na szczęście w niższej warstwie atmosfery-troposferze- znajduje się tylko ok.10% ozonu, pozostałe 90% gromadzi się wysoko w stratosferze. Już 15-50 km w górę od powierzchni Ziemi ozon staje się pożyteczny, tworzy warstwę ochronną dla życia. Ozon jest, bowiem jedynym gazem w atmosferze, który zatrzymuje nadmiar promieniowania ultrafioletowego. W 1881 roku stwierdzono, że zawartą w tym promieniowaniu energię przetwarza na ciepło, dzięki czemu spełnia też funkcję atmosferycznego termoregulatora. Dzieje się to, dlatego, że ozon nie jest trwałą odmianą tlenu. Szybko następuje jego rozpad, w wyniku, którego powstają cząsteczki tlenu (O2). Tlen również ulega rozbiciu na bardzo reaktywne atomy, (O), które przyłączają się do cząsteczek tlenu, tworząc na powrót ozon (O3). Wszystkie te procesy pochłaniają energie promieniowania UV i w ten sposób osłabiają je, czyli redukują szkodliwe działanie. Ozon ogrzewa zewnętrzną warstwę atmosfery, jego zanik powinien przyczynić się do zmniejszenia globalnego ocieplenia powodowanego przez związki chlorofluorowęglowe. Jednak oddziaływania te nie znoszą się wzajemnie i ubytek stratosferycznego ozonu, stanowiącego tarczę przeciwko promieniowaniu ultrafioletowemu, jest generalnie traktowany jako poważniejsze zagrożenie niż wkład ubytku ozonu w wychładzanie atmosfery.

Na początku lat siedemdziesiątych James Lovelock jako pierwszy stwierdził gromadzenie się w atmosferze związków chlorofluorowęglowych. Syntetyzowanych wyłącznie przez człowieka indywiduów chemicznych, które są trwałe ponad 70 lat. Zapanował niepokój, co do skutków wpływu związków chlorofluorowęglowych na stratosferyczny ozon, ale pierwszy sygnał o ubytku ozonu nadszedł dopiero w 1984r., gdy brytyjscy naukowcy wykryli na Antarktydzie. Był to obszar wielkości Stanów Zjednoczonych nie zwierający w ogóle ozonu. Owa „dziura ozonowa”, wynik złożonych reakcji chemicznych przebiegających w poruszającym się powoli okołobiegunowym wirze, w którym wzajemne oddziaływanie związków chemicznych, wiosennego słońca i kryształków lodu bardzo skutecznie rozkłada ozon. Od 1079 r. około 15% antarktycznego ozonu uległo rozkładowi, a lokalnie i okresowo zanika do 95% ozonu. dziura ozonowa ;)

W ostatnich latach odnotowano ubytek ozonu nad Afryką, chociaż zakres zjawiska jest mniejszy i „dziura” jako taka nie powstaje. Jednak atmosfera nad Afryką jest szczególnie narażona na dalszy ubytek ozonu przez naturalny chemiczny wpływ chmur powstałej z erupcji wulkanu Pinatubo na Filipinach w 1991r. Straty ozonu w Afryce od wiosny 1992r. wynosiły aż 15-18% Konsekwencje zanikania ozonu i zmiany w klimacie jest trudno ustalić. Wydaje się, że ogrzewanie stratosfery powodowane przez absorpcję promieniowania przez ozon jest ważnym czynnikiem w ustalaniu się warunków pogodowych przy powierzchni Ziemi. Rozsądniej byłoby unikać niepotrzebnych napięć w systemie atmosferycznym Ziemi. Jeżeli freon zwiąże kilka procent ozonu z ozonosfery, to może dojść do zniszczenia życia na Ziemi. Już strata 1% ozonosfery może spowodować wzrost promieniowania UV na Ziemi, a przez to niszczenie chlorofilu, zmiany klimatyczne, wzrost liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu (głównie na zaćmę).

Efekt cieplarniany
Czy wiesz, że dwutlenek węgla spełnia kluczową rolę w ustalaniu klimatu na Ziemi? Przepuszcza wiele promieniowania krótkofalowego docierającego ze Słońca. Z dochodzącego krótkofalowego promieniowania słonecznego tylko 24% dociera bezpośrednio do powierzchni Ziemi - z tego 3% jest szybko odbijane z powrotem w przestrzeń. Reszta dochodzącego promieniowania krótkofalowego jest przechwytywana przez atmosferę Ziemi. Stąd po rozproszeniu trafia z powrotem w przestrzeń (25%), albo na powierzchnię Ziemi (26%), albo po prostu ulega zaabsorbowaniu (25%). W efekcie powierzchnia Ziemi ogrzewana jest silniej, niż gdyby w atmosferze w ogóle nie było dwutlenku węgla. Jest to „Efekt cieplarniany”.

Efekt cieplarniany
Ziemia utrzymuje względnie stabilną temperaturę, właściwą dla podtrzymania życia, już od miliardów lat. Cykl obiegu dwutlenku węgla stanowi jeden z najważniejszych aspektów tych wzajemnych oddziaływań. Węgiel trafia do atmosfery w wyniku aktywności wulkanicznej, oddychania i rozkładu, a obecnie dodatkowo wskutek ludzkiej działalności. Roślinność usuwa węgiel z powietrza i wiąże go w żywych komórkach. Zagrzebywanie w ziemi martwych organizmów wycofuje węgiel z systemu. Dwoma głównymi pochłaniaczami dwutlenku węgla są oceany i tropikalne lasy deszczowe. Ziemię w naturalny sposób chronią absorbujące promieniowanie gazy, w szczególności para wodna i dwutlenek węgla. Dzięki tym gazom Ziemia zatrzymuje część słonecznego ciepła w wyniku zjawiska powszechnie zwanego „efektem cieplarnianym”. Bez tego temperatura powietrza byłaby znacznie niższa i nieprzyjazna dla życia. We wczesnym istnieniu Ziemi dwutlenek węgla stanowił ponad 70% atmosfery. Jednak słońce było wtedy o ¼ mniej potężne, a zatem to właśnie dwutlenek węgla i inne „gazy cieplarniane” utrzymywały temperaturę odpowiednią do istnienia życia. Słońce świeciło coraz mocniej, ale temperatura była nadal korzystna, ponieważ stopniowo zmniejszała się zawartość dwutlenku węgla w atmosferze. Wywołanie przez ludzi rewolucji przemysłowej spowodowało zwiększenie ilości atmosferycznego węgla. W 1750r. stężenie dwutlenku węgla w powietrzu wynosiło około 280 części objętości na milion (ppm obj.). Obecnie stężenie to wynosi około 360 ppm obj., a przewiduje się, że w 2025r. Zwiększy się jeszcze do 450 ppm obj. Prowadzi to do ocieplenie planety, czego skutkiem będą zakłócenia we florze i faunie, rolnictwie i poziomie wody w morzach. Około dwóch trzecich z 7 mln ton mnie emitowanych do atmosfery powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych, a jedna trzecia to skutek wycinania lasów, zmian w wykorzystywaniu ziemi i spalania drewna opałowego. Głównymi sprawcami tak dużej emisji są kraje wysoko uprzemysłowionej Północy, jednak w miarę upływy czasu mogą do nich dołączyć Chiny i Indie.

Niestety dwutlenek węgla stał się wyodrębniony jako największe zanieczyszczenie powodujące ogromne problemy. Stało się tak, dlatego, ponieważ jest wszechobecny i jest najważniejszym pojedynczym czynnikiem sprawczym efektu cieplarnianego. Inne uwalniane na skutek ludzkich działań „gazy cieplarniane” to metan odpowiedzialny z około 15% chlorofluorowęglowe 22% i tlenek azotu. Warto zauważyć, że chociaż dwutlenek węgla jest uważany za najsilniejsze źródło efektu cieplarnianego, to metan absorbuje promieniowanie 25 razy skuteczniej, a związki chlorofluorogenne 15-16 tyś razy skuteczniej niż dwutlenek węgla.

Gazy cieplarniane
Wielkość emisji gazów cieplarnianych z poszczególnych krajów jest przedmiot ostrych konwersacji. Stany Zjednoczone produkują najwięcej zanieczyszczeń, odpowiadając prawie za 25% gazów cieplarnianych trafiających do atmosfery. Dalsze miejsca zajmuje Europa i byłe ZSRR. Głównym źródłem dwutlenku węgla jest spalanie paliw kopalnych, spalanie drewna, wylesianie zmiany sposobu wykorzystywania ziemi. Ilość metanu zwiększa się ok. 1% rocznie, trudno to kontrolować. Jest to spowodowane dużą ilością bydła, uprawą ryżu, mokradłami i wyciekami z gazownictwie i górnictwie węgla. Tlenki azotu przy spalaniu paliw kopalnych, wycinaniu lasów, przy produkcji tworzyw.