Historické poznámky pojem skleníkový efekt použil jako první francouzský vědec Jean-Baptist Fourier (1827), který si uvědomil oteplující účinek atmosférických skleníkových plynů první projev hlubšího zájmu o klimatickou změnu, kterou by mohl způsobit nárůst množství skleníkových plynů v atmosféře, Atmosférický oxid uhličitý itý se objevil (Mauna Loa, Hawaii,, USA) v r. 1957* ve stejném roce byla započata rutinní měření oxidu uhličitého na observatoři na Mauna Kea na Havaji, která potvrdila trvalý trend nárůstu CO 2 v ovzduší roční cyklus koncentrace CO 2 (ppmv) 2
SLUNCE zářen ení krátkovlnn tkovlnné sluneční krátkovlnn tkovlnné záření ohřívá zemi (podlahu skleníku) ku) infračerven ervené paprsky, které vyzařuje země, nemohou procházet sklem teplý vzduch stoupá a ohřívá skleník dlouhovlnné záření prochází sklem do okolí od té doby vedl rychlý nárůst spotřeby fosilních paliv a rostoucí obavy o životní prostředí k trvalému zájmu o globální oteplování, což nakonec vyústilo v Úmluvu o změně klimatu, podepsanou v roce 1992 přirovnání Země ke skleníku však není zcela přesné, neboť skleníky pracují na poněkud jiném principu: skleník je vybudován ze skla, které pokud je zcela uzavřen - brání ohřátému vzduchu uniknout pryč fungují díky zamezení tzv. konvekčního proudění teplého vzduchu mimo skleník Tepelná bilance skleníku 3
Podstata skleníkov kového efektu atmosféra Země je složena ze směsi plynů, převážně molekul dusíku (78 %*) a kyslíku (21 %); vodní pára, CO 2, ozon a další složky ovzduší (CH 4, CO, NO, CFC, ClO, Ar) dávají dohromady zbývající 1 % oxid uhličitý (CO 2 ) dusík (N 2 ) argon (Ar) ostatní kyslík (O 2 ) některé plyny obsažené v zemské atmosféře, i když jsou přítomny v malých či stopových množstvích, jsou téměř propustné pro sluneční záření, silně však pohlcují dlouhovlnnou radiaci vyzařovanou zemským povrchem a potom ji emitují jak zpět k povrchu Země, tak do kosmického prostoru tyto radiačně aktivní plyny, mezi něž patří zejména vodní pára, oxid uhličitý, metan, ozon, oxid dusný a freony, se běžně nazývají skleníkovými plyny, protože působí jako clona pro tepelnou radiaci zemského povrchu a zvyšují tak jeho teplotu 4
Skleníkový kový efekt Atraktivní proces, při kterém atmosféra způsobuje ohřívání planety tím, že absorbuje dopadající sluneční záření a zároveň brání jeho zpětnému odrazu do prostoru průměrná teplota zemského povrchu je udržována na 14 C 1 2 krátkovlnné záření ze Slunce záření odražené od zemského povrchu (2a) a atmosféry (2b) skleníkové plyny 2b 3 infračervené (tepelné) záření, vyzařované zemským povrchem a 4 tepelné záření pohlcené CO 2 je vyzařované opět k zemskému povrchu skleníkový jev (s. efekt) spočívá v tom, že energeticky nejbohatší část slunečního záření (viditelné světlo) prochází jen s malými změnami atmosférou k zemskému povrchu, který je absorbuje a transformuje v teplo; tímto teplem se atmosféra ohřívá, přičemž část tepelného záření směřuje opět k povrchu Země 5
Vývoj zemské atmosféry Zemská atmosféra vznikla zejména v důsledku odplyňování lávy, která vytvořila zemskou kůru. prvotní zemská atmosféra byla tenká a v důsledku toho teplota vzduchu při zemském povrchu odpovídala stavu zářivé rovnováhy (množství pohlcené tepelné energie odpovídalo jeho vyzařování v oblasti dlouhovlnného tepelného záření) vulkanické plyny obsahují vedle vodních par hlavně oxid uhličitý (CO 2 ), oxid siřičitý (SO 2 ), chlór (Cl 2 ), amoniak (NH 3 ), sulfan (H 2 S) a vodík (H 2 ); vzhledem k teplotě lávových plynů se z nich uvolňují též kyselé páry, síra a její sloučeniny 6
kyselé páry tvořené HCl, HF, HBr, NH3, sírou a jejími sloučeninami spolu s podstatnou částí CO 2 se rozpouštěly ve vodě a ve formě kyselého deště dopadaly na zemský povrch v prvotní atmosféře tak zůstávalo jen nevelké množství špatně rozpustných plynů, např. CH 4, CO, N 2, CO 2, včetně netečných plynů; hlavní část prvotní atmosféry tvořila vodní pára před 3 mld. let připomínala Země vodní svět (kontinentální kry v té době plošně odpovídaly ca 10 15% současné souše) před asi 2,5 mld. let došlo k enormnímu nárůstu nových kontinentálních ker (asi 50 až 60% dnešní rozlohy); zvětrávání tohoto obrovského množství hornin způsobilo masivní pokles koncentrace CO 2 v atmosféře výrazné zalednění (glaciace) v období ca 2,3 až 2,4 mld. let Atraktivní 7
Změny koncentrace atmosférických plynů v geohistorii Země Atraktivní KONCENTRACE ATMOSFÉRICKÝCH PLYNŮ (%) atmosféra neznáma metan amoniak voda oxid uhličitý dusík kyslík jsou již k dispozici důkazy, že vdobě před 2,5 mld. let se začal vatmosféře hromadit molekulární kyslík STÁŘÍ ZEMĚ (v mld. let) 8
původní atmosféra prakticky neobsahovala volný kyslík; pouze malá část (max. 1 2% současného stavu) O 2 vznikla fotodisociací vodní páry UV zářením nepřítomnost kyslíku však byla důležitá pro vznik organických sloučenin (z neorganických látek), které daly vzniknout prvním organismům bakteriím, z nichž klíčovou roli sehrály fotosyntetizující sinice (cyanobakterie) sinice uskutečňovaly fotosyntézu, při níž se uvolňoval do atmosféry kyslík; tyto starobylé organismy (nejstarší známé z období před ca 3,5 mld. let) vytvářely bochníkovité útvary s vrstevnatou strukturou - stromatolity Příčný řez stromatolitem Atraktivní Nejstarší kolonie stromatolitů Žraločí zátoka (Shark Bay, sz. Austrálie 9
skleníkový efekt se vyskytuje přirozeně na Zemi téměř od samotného počátku jejího vzniku, je proto nesprávné vnímat jej jako škodlivý bez výskytu přirozených skleníkových plynů by průměrná teplota při povrchu Země (určovaná jen radiační bilancí*) byla -18 C (místo současných + 14 C) působení přirozeného skleníkového efektu se tak stalo nezbytným předpokladem evoluce života na Zemi, jinak by naše planeta byla jen otáčející se ledovou koulí existuje hypotéza za, podle níž prošla Země v dávné minulosti několika obdobími globálního zalednění * Země jako sněhová koule 10
nejnovější výzkum prokázal, že v dávné minulosti Země došlo ke kolapsu skleníkového efektu v důsledky výrazného poklesu koncentrace hlavních skleníkových plynů prvotní atmosféry CO 2 byl vymyt dešti podílel se na zvětrávání hornin zemské kůry, byl vázán v karbonátových horninách na dně oceánů CH 4 vytvořil hustý obal z aerosolových částic, který odfiltroval sluneční záření)* předpokládá se, že teplota na Zemi poklesla o 40 až 50 C a došlo ke globálnímu zalednění planety (před ca 2,9 mld. let) Obnova skleníkového efektu je dávána do souvislosti zejména s činností bakterií produkujících metan a s růstem koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře v důsledku sopečné činnosti k výraznému oteplení klimatu došlo ve třetihorách, před 55 mil. let, které bylo způsobeno relativně rychlým nárůstem koncentrace CO 2 v atmosféře; toto globální oteplení pak způsobilo masivní uvolnění metanu z podmořských hydrátů, což dále zvýšilo teplotu Země (celkově o 6 C) Atraktivní 11
antropogenní zesílení přirozeného skleníkového efektu spočívá v řadě lidských aktivit (spalování fosilních paliv, kácení lesů, globální změny krajiny aj.), které velmi vysokou pravděpodobností způsobují globální oteplování * Atraktivní Změny teploty (ve C) v porovnání s rokem 1990 oteplování klimatu drasticky narušují životní prostředí mnoha druhů 12
Země se nezadržiteln itelně ohřívá Teplárna a elektrárna Vřesová Odběr vzorků dřeva pro dendroklimatické šetření Colorado 13
Skleníkov kové plyny Atraktivní Skleníkový plyn Koncentrace (v ppm*) 1750 2005 Roční nárůst (v %)/doba setrvání v atmosféře (roky) Oxid uhličitý itý 280 376 0,5/120 Metan 0,73 1,852 0,75/10 Oxid dusný 0,27 0,319 0,25/130 Freony (CFC) 0 0,0008 ~ 100 Hlavní přirozené i antropogenní zdroje aerobní rozklad org. látek, rozklad uhličitanů, spalování paliv, odlesňování, vulkanická činnost anaerobní rozklad org. látek, důlní činnost, zemědělství (pěstování rýže, chov dobytka), úniky zemního plynu, mokřady, skládky odpadů používání hnojiv, spalování biomasy a fosilních paliv, obdělávání půdy chladicí média, rozpouštědla, klimatizační zařízení, spreje Ozon 0,025 0,034 0,5/0,1 fotochemické procesy v atmosféře 14
nejdůležitějším skleníkovým plynem je CO 2, který je odpovědný asi z 35% za přirozený skleníkový efekt Rok Koncentrace CO 2 (ppm) 1740 280 1760 280 1820 280 1850 290 1915 300 1930 305 1950 310 1975 330 1985 350 1995 360 2005 376 Ukazuje se, že rostoucí koncentrace atmosférického CO 2 a CH 4 jsou hlavní řídicí faktory současné globální klimatické změny! v současné době probíhá intenzivní výzkum zdrojů i propadů (sinků) skleníkových plynů s ohledem na energetickou bilanci Země a probíhající klimatické změny 15
transport paliv zemědělská výroba průmyslové procesy těžba, zpracování a distribuce fosilních paliv ostatní zdroje elektrárny likvidace a zpracování odpadů využití půdy, spalování biomasy Produkce skleníkových plynů v jednotlivých odvětvích oxid uhličitý metan oxid dusný 16