J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Podíl plynů na přirozeném skleníkovém efektu sluneční záření zemské záření oteplování absorbcí IR záření Plyn Účinnost [%] vodní pára 62 oxid uhličitý 22 ' troposférický ozon 7 oxid dusný 4 metan 2,5 ostatní plyny 2,5 molekuly C02 absorbující IR záření J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Přirozená a nepřirozená produkce skleníkových plynů Plyn Přirozená produkce Nepřirozená produkce oxid uhličitý dýchání rostlin a živočichů, rozklad organických látek v půdě, zvetrávaní, vulkanická činnost, uvolňování z oceánů spalování fosilních paliv, odlesňovaní a vypalování lesů (tropy) a půdní eroze metan v mokřadech jako bahenní plyn, tlení, vulkanická činnost těžba zemního plynu a uhlí, pěstování rýže, chov dobytka, skládky odpadů oxid dusný uvolňování z oceánu, pochody v atmosféře, přirozené lesní požáry spalování fosilních paliv, hnojení dusíkatými hnojivy J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Gobální koloběh uhlíku .„..„. .|Íř^^:!ixiíŠ5KíÍK^ií atmosféra &:;i&i||$$||i;p llSiSHi 750 (v r. 1988) li«:«!« l^IIilillL +.^ ročně IP1«1«I ' (fotosyntéza )' ':fi:*:#:*&| 102 f"''''"'■■'*■'■'■'''■:'' 50 ( dýchání \ 2 5 ( biologické a chemické ( odlesňovaní)( používáni fosilních paliv ) procesy) í .ÍÍKííKf .538? (dekompozice) Mn mg 1500 w$& i&Sijiodurnřelá biomasa i:;-;-;:;-:-; ^'^^'roWftwM'A',1,1,1 imiiiIiihiiiiim :|S|:;£>r: fosilní paliva giSS-íi; llllll ■ 5 000-10 ÓOO'i ÜB I J ■ ■ 1 ■ 1 f H ■ 1 ■ f Vi 3.x- r * r........Vil LVU J........ 90 biologické a chemické procesy Obr. 1.3 Schematické znázornění uhlíkového cyklu zobrazující hlavní rezervoáry a toky. Hmotnostní údaje jsou v Gt uhlíku (rezervoáry) a v Gt za rok (toky). Odhady jsou převzaty z materiálů IPCC a obrázek vychází z kresby S. Schneidera uveřejněné v časopise Scientific American, prosinec 1989. J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Celkový obsah uhlíku na Zemi: cca 40 000 Gt (mdl. t). Z toho: • 35-38 000 Gt rozpuštěný anorg. C v mořských hlubinách • 3 000 Gt rozpuštěného org. C v hlubinách oceánů • 600 Gt v horních vrstvách oceánů • 750 Gt v atmosféře (odpovídá cca 353 ppm C; cca. r. 1990) • 800 Gt v živých organismech - zcela převážně rostlinách (80-90 % lesy) • přes 1000 Gt odumřelé biomasy (humus, rašelina) Obrat veškerého C v atomosféře 1 x za 300 let (rostlinami) Tabulka 1.2 Obsah uhlíku v různých složkách klimatického systému (Gt) C02 v současném ovzduší 750 C02 v předindustriálním ovzduší 575 Současná roční produkce způsobená spalováním fosilních paliv > 5 Současná roční produkce způsobená odlesňovaním 2 Obsah uhlíku v rostlinstvu 560 Uhlík ve využitelných ložiscích uhlí a ropy 4 000 Uhlík ve výhledově využitelných zásobách fosilních paliv 5 000-10 000 J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Nárůst obsahu C (zcela převážně jako C02) v atmosféře vlivem lidské činnosti: 1850-1950: uvolněno do atmosféry navíc 180 Gt C (z toho cca 150 Gt ze spalování fosilních paliv), z toho asi 1/2 absorbována oceány (podíl mýcení trop. lesů ohněm - vč. oxidace org. C z půdy (humusu) vystavené slunci) Růst koncentrace C v atmosféře: z 290 ppm(1850) přes 310 ppm(1960) a330ppm(1980) na 353 ppm (1990). V současné době: průměrná zemská teplota o 0,3 - 0,6 C vyšší než v předindustriální éře. J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování jaderná energie (5%) ropa (33% obnovitelné zdroje energie (17%) í 3 3 3 5 2 1 - o 1860 zemni plyn ropa uhli 1910 1935 1960 1985 Obr. 1.5 Růst spotřeby fosilních paliv od průmyslové revoluce a současná světová spotřeba energie podle zdrojů. J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování / 3 £ 6—1 a5- o . x: 4 - C o ___ co o O W 1 ---1 horní odhad IPCC pro r. 2100 ■ nejpříznivější odhad IPCC pro r. 2100 * zalednění jižní Británie v poslední době ledové 10,000 5,000 současnost roky Průběh globální průměrné teploty za posledních 20 tisíc let J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplo XI) E o 6-1 5- o o 4 - c co CO 8 3 ' to předpovědi IPCC plus pravděpodobné pozitivní zpětné vazby ??????????????????? ???? horní odhad IPCC pro r. 2100- nejpříznivější odhad IPCC pro r. 2100- ■O O O o O 2- 1- o *o o malá doba ledová -led na Temži a ledovce u Norského pobřeží •*-" \J — i^^^^eplé období středověku vinice v jižní Británii, Vikingové kolonizují Grónsko ~~l— 1000 T i—i—r 1500 letopočet 2000 2100 Průběh teploty během posledního tisíciletí a očekávaný růst teploty v 21. století J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování celkové tepelné rozpínání ledovce Grónsko - — -.-._„_ Antarktida 2100 Dbrázek 7.1 Odhady podílu různých faktorů na zvýšení mořské hladiny v příštím století podle scénáře šáší skleníkových plynů IPCC IS ?2a (scénář „dále jako doposud").3 Domníváme se, že neurčitost jdhadů se pohybuje oběma směry v rozmezí dvojnásobku uvedených hodnot. J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Rozsah zatopeného území na mořském pobřeží vlivem stoupající mořské hladiny (rozpínání teplající mořské vody, tání ledovců) na příkladu Bangladéše. Pevnina v Bangladéši zaplavená různě zvednutou hladinou moře J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování dnes 2060-2100 Globální oteplování Předpokládané změny vegetace vlivem globálního oteplování (východ sev. Ameriky) I ^^ v \ ■ .' | Vl~~i V-" k.. iBg, ' ■■■" ~2 * Subtropická vegetace ■ Přechodný les (boreální-opadavý listnatý) Jižní jehličnatý les Ľ3 Boreální jehličnatý les Jižní smíšený les Q Boreální les/tundra Východní opadavý □ Tundra/zaledněná oblast listnatý les Tabulka 1.3 Hlavní zpětné vazby skleníkového jevu (Zdroj: Zpráva IPCC a dále Lashof: Climatic change, 1989, vol. 14) Znaménko Uvažová-vazby (+ na ve slo-nebo —) žitých modelech (GCM) Poznámka Vodní pára Led a sníh Oblaka -f ano + ano neznámo ano Troposférické che- neznámo ne mické procesy Aerosolové částice neznámo ne Teplota oceánu + ano Cirkulace oceánu + nejnověji ano Rychlost výměny neznámo ano plynů mezi oceánem a atmosférou Oceánický bioche- neznámo ne mický cyklus Hnojení C02 neznámo ne Eutrofizace/ toxifika- — ne** ce Teplota a respirace + ' nejnověji rostlin ano Půdní vlhkost 4- - ano Distribuce vegetace neznámo ne Albedo vegetace -f- nejnověji ano UV-záření a fyto- + ne plankton empiricky potvrzena satelity poměrně dobře prostudována v současnosti je zápornou zpětnou vazbou; potenciálně představuje nejsilnější zpětnou vazbu při globálním oteplování* potenciálně + vazba díky odčerpávání hydroxylového radikálu OH DMS produkovaný fytoplanktonem základní nejistota je v časovém měřítku potenciálně mohutná a velmi rychlá patrně nevýznamná patrně 4- vazba « krátkodobě asi — vazba potenciálně mohutná znaménko závisí na srážkách a zeměpisné šířce potenciálně + vazba pravděpodobně významná na konci doby ledové*** velké nejasnosti, patrně mohutná Tabulka 1.3 (pokračování) Znaménko Uvažová-vazby (4- na ve slo-nebo —) žitých modelech (GCM) Poznámka UV-záření a sucho- + zemské organismy Rýžová pole + ne ne Přirozené mokřady 4- ne Methan v permaf- + ne rostu Organická hmota + ne v permafrostu Hydráty methanu + ne v permafrostu Hydráty methanu + ne při mořském pobřeží rostoucí důležitost s velikostí suchozemského uhlíkového propadu půdní vlhkost je neznámou s rozhodujícím vlivem**** patrně nevýznamná**** budoucí hladina spodní vody je hlavní neznámou mohutnost dána půdní teplotou patrně pomalá, ale mohutná dlouhodobá vazba časově neurčitá, nejspíš mohutná; nevylučuje se rychlá odezva * Řada vlastností oblačnosti, jako je množství, výška a vodní obsah, se může změnit v průběhu globálního oteplování. Jsou však spolu příliš propojeny, aby mohly být považovány za nezávislé zpětné vazby. ** Jsou zahrnuty v posledních výzkumných modelech (menší měřítko než MGC). *** Informace pochází z práce Lashofa. **** Zpráva IPCC se nevyjadřuje ke znaménku zpětné vazby. Pozitivní charakter vychází z údajů v práci Lashofa. J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování: příklad zpětné vazby oblačná kondenzační jádra !♦ aerosol obsahující sírany S02 ♦ ♦ OMS + nebo - ? fytoplankton ■ celkové množství a výskyt různých druhů gobální tepfota r n klimatické zpětné vazby ■ mořské organismy Obr. 3.2 Schematické znázornení zpětné vazby mezi klimatickými změnami a oblačností zprostředkovanou dimethylsulfidem. Povšimněte si závislosti zpět-novazebného cyklu na ekologické odpovědi fytoplanktonu. J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování oxid uhličitý /vv//A jiné VVWVV\18% oxid uhličitý 49%^7' jiné V5?"st43% freon 12 a i freon 11 \Í4% " ©L ' jtreon n >!hv ' /a ^^fes^. / freon 12 ^4<2frJ 8% g oxid f dusný ' 6% /oxid dusný y/ 3% methan 15% * _t^y^ methan l------- 18% Óbr. 4.1 Procentuální podíl různých skleníkových plynů na globálním oteplení, a) 1880-1980, b) 80. léta. „Ostatní" zahrnuje troposférický ozón, halogenované uhlovodíky a stratosférickou vodní páru. Pramen: D. A. Lashof and Di A. Tirpak (eds.), Policy Options for Stabilizing Global Climate, Environmental Protection Agency, Washington, DC, 1989. Tabulka 1.4 Snížení emisí nutné pro udržení koncentrace skleníkových plynů v atmosféře na současné úrovni Skleníkový plyn Snížení o (%) Snížení o (%) odhad IPCC odhad EPA co2 větší než 60 50-80 CH4 15-20 10-20 N20 70-80 80-85 freon 11 70-75 75-100 freon 12 75-85 75-100 HCFC-22 40-50 nebylo udáno J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování 500 n Globální oteplování o o E Q. Q. 475- 450- 425" 400- 375- 350- 325 konstantní množství emisi T 1985 2000 2025 ~~r~ 2050 2075 2100 rok Obr. 1.6 Vliv 50% a 75% omezení globálních emisí C02 na koncentraci atmosférického C02 ve srovnání se zachováním emisí na úrovni r. 1985 (5,9 miliard tun uhlíku ročně). Rozptyl hodnot je způsoben použitím dvou různých modelů pohlcování CO, oceány. J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování: El Nino - Southern Oscillation (ENSO) 60-s.š. PRCWBŔEZŕ) \* 60s š. 60J.Š.I------ 20zd --------horký J_____I___li J_ 60:jš 0 20;v.d 40 60 80 100 120 140 lótfv.d 180 160cz.d. [40 120 100 80 60 40vz.d Obr. 1.5.2. Srážkové poměry během typické události ENSO. Plné, resp. přerušované čáry vyznačují relativně suché, resp. na srážky bohaté oblasti. Na obrázku je rovněž vyznačeno přibližné období trvání extrémních srážkových poměrů vzhledem k roku (0) kdy nastává El-Niňo. Převzato z [11], J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Rámcová úmluva o změně klimatu (Framework Convention on Climate Change) 1992: předložena k podpisu v rámci UNEP (Rio de Janeiro) (podepsalo 155 států) 1993: přistoupila ČR 1994: vstoupila v platnost (ratifikovalo 50 států) 1996 - léto: ratifikovalo cca 160 států Členské země se mají snažit o stabilizaci koncentrace skleníkových plynů v atmosféře na úroveň, která není nebezpečná celkovému stavu klimatického systému (referenční rok je 1990). Rozvinuté státy se zavazují poskytovat finanční zdroje pro potřeby rozvojových zemí při plnění úmluvy a to zvláště těm, které jsou změnou klimatu nejvíce postiženy. Stálý sekretariát Úmluvy: Bonn (Německo) J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Graf 4.1 1990 2002 Pro Maltu a PoLsko byly použity údaje za rok 2000 respektive 2001 Emise skleníkových plynů C02ekv (vt/rok) přepočtené na 1 obyvatele v 25 členských zemích EU 35 mP v-!^ \\?" m? ní-° \P Á* ,vv& \? v? vP v° ^ ^° V ^ ^-0 ^0 \ŕ \ŕ .m? vp x& mP sjS> sj ÍS-° # x? Zdroj: Inventarizace skleníkových plynů pro UNFCCC, BEA J. Schlaghamersky: Ochrana životního prostředí - ochrana ovzduší - globální oteplování Globální oteplování Relativní změna emisí C02ekv (v %), stav k roku 2001, výchozí rok 1990 50 Zdroj: Inventarizace skleníkových plynů pro UNFCCC, EEA