ZMĚNA KLIMATU Metodický list pro učitele 1 vyuč. hodina A Jaká je tedy vlastně příčina změn klimatu? Úkol 1: doplňte vynechaná místa v textu: Atmosféra, oceán, zemský povrch, kryosféra a biosféra tvoří dohromady klimatický systém. Všechny tyto složky se vzájemně ovlivňují a určují tak vlastní klima. Celý klimatický systém je energeticky ovlivňován slunečním zářením dopadajícím i odraženým. Přibližně 2/3 sluneční energie (krátkovlnné záření) jsou atmosférou a zemským povrchem pohlcovány, 1/3 je odrážena zpět do kosmického prostoru. Aby byla energetická rovnováha klimatického systému stabilní, musí být celkové množství energie přicházejícího krátkovlnného záření vykompenzováno energií vyzářenou prostřednictvím tepelného (dlouhovlnného) záření zpět z atmosféry do vnějšího prostoru. Rovnovážnému stavu klimatického systému by však odpovídala teplota zemského povrchu přibližně o 33 C nižší, než ve skutečnosti je. Rozdíl mezi teplotou vyplívající z rovnovážného stavu a skutečnou teplotou určuje tzv. skleníkový efekt atmosféry, který je zároveň důkazem toho, že atmosféra obsahuje určité přirozené množství skleníkových plynů. Výsledné klima planety je určováno přerozdělováním tepelné energie v atmosféře a oceánech. To se mění v závislosti na zeměpisné šířce a roční či denní době, protože v jedné chvíli nejsou všechny části planety ohřívány rovnoměrně. Hybnou silou proudění vzduchu v atmosféře a vod v oceánech jsou teplotní rozdíly mezi různými částmi povrchu planety a rozdílná spotřeba energie na výpar. Ten ovlivňuje nerovnoměrnost rozložení oblačnosti a následně i přítok sluneční energie. Všechny složky systému jsou propojeny i zpětnými vazbami, změna kterékoli složky způsobí narušení energetické rovnováhy systému, který se následně snaží najít rovnováhu novou základní příčina klimatických změn. Úkol 2: Víte proč se klima Země zahřívá? rozhodněte správně: Skleníkový efekt je přírodní proces nutný pro existenci života na Zemi, bez něj by průměrná teplota na Zemi dosahovala -18 C. Podstatou skleníkového efektu je zadržování tepla, které na zemský povrch dodává Slunce. Sluneční záření proniká atmosférou a je pohlcováno zemským povrchem, který se tímto ohřívá a následně vyzařuje tepelné záření, které je z části v atmosféře pohlceno skleníkovými plyny a znovu vráceno k povrchu Země, který se tak druhotně ohřívá. Tento popsaný jev je přirozený. Vlivem činnosti člověka však dochází k zesilování skleníkového efektu člověk při své činnosti uvolňuje takové množství skleníkových plynů, že se nestačí přirozenými procesy v atmosféře odbourávat a udržovat v rovnováze proto je vypouštění skleníkových plynů do ovzduší považováno za hlavní příčinu již probíhající změny klimatu. Klíčové pojmy: přirozený skleníkový efekt atmosféry, zesílený skleníkový efekt atmosféry, skleníkové plyny Úkol 3: načrtněte princip skleníkového efektu: viz učební text, strana 1 Úkol 4: charakterizujte pojmy: počasí = okamžitý stav atmosféry, v určitém místě a čase se rychle mění podnebí (klima) = průměrný dlouhodobý stav atmosféry v daném místě a čase emise = vypouštění znečišťujících částic do ovzduší biodiverzita = biologická rozmanitost druhů rostlin i živočichů ratifikace = závazné potvrzení platnosti důležitého dokumentu (mezinárodních smluv), k ratifikaci je nutný podpis prezidenta státu Základním předpokladem úspěšného využití pracovního listu v plné šíři ve vyučovací hodině je poskytnutí učebního textu Příloha A.1 studentům s určitým časovým předstihem, aby si jej mohli doma pročíst. Pracovní list je dobré předložit studentům na začátku vyučovací hodiny, měl by sloužit jako pomůcka pro aktivizaci výuky, tzn. jeho úkolem je předejít monotónnímu celohodinovému výkladu pedagoga. Protože studenti měli k dispozici učební text s předstihem, pedagog staví na jejich určité prvotní představě a základních znalostech. Pracovní list Příloha A.2 je pro celkovou přehlednost a usnadnění komunikace se studenty koncipován do čtyř základních části - A, B, C, D - prověřujících pochopení obsahu problematiky rozebrané v učebním textu. V každé části najdete několik Úkolů, základními aktivitami jsou: doplňování, rozhodování o správnosti výrazu či výběr správné odpovědi, sestavení jednoduchého náčrtku, charakteristika vybraných pojmů, zdůvodňování a orientační příklad. Závěrem je přiložen Tip s internetovým odkazem pro zjištění vlastní uhlíkové stopy, podává skvělý námět k zamyšlení (vhodné např. jako domácí úkol). Splněním všech Úkolů části A si studenti ověří, zda pochopili, co to vlastně je ta změna klimatu, jak vzniká v rámci narušení klimatického systému, jakou roli v celém jevu hraje člověk. Také si ověří zda rozumí principu skleníkového efektu, zda jsou schopni rozlišit přirozený a zesílený skleníkový efekt atmosféry. 1
B Jak se projevuje změna klimatu? Jaké jsou další prognózy? Úkol 1: Projevují se důsledky změn klimatu rovnoměrně a na všech místech planety stejně? Pokud ne, zdůvodněte: Ne, je třeba brát v potaz polohu a nadmořskou výšku oblasti, typ a využití krajiny (zda se jedná o rozsáhlý přirozený lesní komplex nebo betonem sevřené velkoměsto či lány zoraných polí). Největší teplotní nárůst je patrný ve vyšších zeměpisných šířkách severní polokoule. Úkol 2: Označte správnou odpověď: (může být více možností) Při zvýšení objemu CO 2 v atmosféře (dnešní obsah CO 2 v atmosféře: 0,0380 obj. % = 380 ppm; r. 1750: 0,0254 obj. % = 254 ppm) nastává: a) postupné ochlazování atmosféry b) nárůst globální teploty (při zdvojnásobené koncentraci CO 2 teplota vzroste o 1,5-4 C) c) snížení intenzity průchodu slunečních paprsků Při zvýšení průměrné teploty povrchu Země (za posledních sto let o 0,74 C) nastává: a) tají horské a polární ledovce b) stoupá hladina světového oceánu c) klesá biodiverzita Proč hrozí vymírání druhů rostlin na živočichů? a) druhy jsou schopné se rychle přizpůsobit změnám b) druhy nejsou schopné přizpůsobit se změnám teplot c) druhy vázané na určitý typ prostředí se nebudou umět tak rychle přizpůsobit nastávajícím změnám Úkol 3: Co znamená zkratka IPCC? Víte kdy byla IPCC založena a jakou činnost vykonává? viz učební text, strana 1 C Kjótský protokol aneb světový boj proti klimatickým změnám Úkol 1: Jak se nazývá, kdy a kde byl schválen dokument, který předchází vlastnímu Kjótskému protokolu? Jaký byl jeho účel? Rámcová úmluva OSN o změně klimatu (UNFCCC), schválena 1992 na konferenci o životním prostředí v Rio de Janeiru, účelem byla stabilizace koncentrace skleníkových plynů v atmosféře. Úmluva však byla nezávazná. Úkol 2: doplňte: Kjótský protokol byl schválen roku 1997 na konferenci v Kjótu. Protokol vymezuje závazné pětileté období tj. roky 2008-2012, v rámci kterého by státy, které jej ratifikovaly, měly snížit své emise skleníkových plynů o 5,2 % ve srovnání s rokem 1990. Česká republika ratifikovala Kjótský protokol v roce 2001 a jako součást Evropské unie se zavazuje ke nížení emisí o 8 %. Úkol 3: Balíček opatření pro oblast ochrany klimatu a obnovitelné energie, který byl členskými zeměmi EU schválen v roce 2008, si klade tyto závazné cíle vyberte správné: snížení emisí skleníkových plynů o 20 % do roku 2020 oproti hodnotám z roku 1990; snížení podílu energie z obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě energie o 20 % do roku 2020; zvýšení emisí skleníkových plynů o 20 % do roku 2020 oproti hodnotám z roku 1990; zvýšení podílu energie z obnovitelných zdrojů na celkové spotřebě energie o 20 % do roku 2020; dosažení 10 % podílu biopaliv na palivech v dopravě do roku 2020. Zejména v počátečních úkolech (Úkol 1 a 2 části A ) jsou studenti nuceni aktivně se zamyslet, využít nejen své dosavadní znalosti, ale i logické myšlení, schopnost soustředění a zamyšlení se. Pracovní list je navržen tak, aby si studenti téma v rámci vyučovací hodiny efektně zopakovali, procvičili a případně zjistili, čemu nerozumí a co je třeba vysvětlit. Prostřednictvím jednoduché charakteristiky pojmů (Úkol 4 části A ) zjistíte, zda studenti používaným termínům skutečně rozumí. Splněním Úkolů části C si studenti potvrdí, zda získali alespoň základní přehled o světových dokumentech bojujících proti změnám klimatu. Studenti by měli mít na paměti, že pouze v rámci vyučovací hodiny není možné zvládnout problematiku v úplném rozsahu. Pokud domácí přípravu podcení nebo se nepřipraví vůbec, těžko budou schopni ve vyučovací hodině aktivně a samostatně vyplňovat pracovní list. Vyjma hodnocení znalostí studentů je smyslem předloženého pracovního listu opakování a upevnění učiva. Pracovní list by měl sloužit jako pomůcka pro samostatnou práci, zdroj rozšiřujících informací, měl by budit zájem aktivizovat studenta, vést ho ke kritickému myšlení a nacházení souvislostí. K celkovému zefektivnění výuky lze ve výuce využít vytvořených podpůrných prezentací ve formě PowerPointu Příloha A.4 2
D Orientační výpočet žárovky Úkol 1: Srovnejte roční provoz obyčejné žárovky o příkonu 60 W s odpovídající úspornou zářivkou o příkonu 11 W při průměrném používání 2 h denně, víte-li následující: 60W žárovka spotřebuje za 1 hodinu celkem 60 Wh elektrické energie. 1 kwh elektrické energie stojí 4,50 Kč. 1 kwh elektrické energie znamená v současné energetické síti emise 650 g CO 2. žárovka 60 W zářivka 11 W spotřeba za 1 h 60 Wh 11 Wh spotřeba za 1 rok (730 h provozu) 43,8 kwh (43 800 Wh) 8,03 kwh (8 030 Wh) náklady na roční spotřebu 197,10 Kč 36,14 Kč emise CO 2 28,47 kg 5,22 kg Poznámka: Pořizovací cena 11W úsporné zářivky je asi 150 250 Kč (záleží na typu, výrobci apod.), pořizovací cena jedné 60W žárovky je asi 12 Kč. Životnost úsporné zářivky je přitom asi 10krát větší než u žárovky. Kolik máte doma svítidel? V kolika z nich máte obyčejné žárovky a v kolika úsporné zářivky? Tip: Uhlíková stopa vypočítejte si svoji uhlíkovou stopu pomocí uhlíkové kalkulačky na internetu <http://www.mycarbonfootprint.eu/index.cfm?language=cs> Kdyby si každý člověk osvojil několik drobných jeho svobodu neomezujících návyků, které nebolí dopad by byl výrazný a přírodě by se ulevilo. Zamyslete se, jaký dopad na životní prostředí má vaše chování a jednání. Popřemýšlejte, jak svoji uhlíkovou stopu snížit Příklad žárovky si klade za cíl zamyšlení nejen nad rozdílnou spotřebou elektrické energie, ale také uvědomění si, že mít doma úsporné žárovky (zdánlivě na první pohled dražší), se vlastně v mnoha ohledech vyplatí. O obyčejných a úsporných žárovkách se často mluví, málokdo si však dokáže opravdu srovnat jejich skutečnou rozdílnost Téma dává mnoho podnětů také k diskuzím či k vypracování krátké úvahy Téma lze pro názornost doplnit vhodným dokumentárním filmem (např. Al Gore: Nepříjemná pravda; Katarína Začková: Klimatické zariadenie má poruchu ad.) 3
Další internetové a knižní zdroje - rozšiřující informace k problematice změny klimatu pro pedagogy Změna klimatu vs. globální oteplování? Změna klimatu znamená obecný posun v charakteru klimatu (včetně posunu v teplotách, srážkách, větru ad.), míra tohoto posunu se může v různých regionech měnit. Globální oteplování se vztahuje pouze k jakékoliv změně průměrné přízemní teploty a je pouze jedním z projevů změny klimatu v planetárním měřítku. Často je pojem globální oteplování chybně vnímán tak, že k oteplování dochází na celé planetě homogenně. Ve skutečnosti však nárůst průměrné globální teploty planety vyvolává změny v globální cirkulaci, což způsobuje, že různé části planety se ohřívají různě (v některých oblastem může dojít i k ochlazení). Čím je změna klimatu vyvolána? Klíčovými přirozenými faktory jsou změny v intenzitě sluneční činnosti a změny v objemu koncentrací sopečného prachu. Oba tyto faktory mění množství slunečního záření, které je zemským povrchem pohlcováno. Klíčovými vlivy vyvolanými působením člověka jsou změny koncentrací skleníkových plynů, narušování ozonosféry, lokální znečištění ovzduší a využívání půdy a krajiny. Většina z těchto faktorů ovlivňuje množství energie unikající do vnějšího prostoru a množství sluneční energie odrážené do vnějšího prostoru zemskou atmosférou. Rozšíření Národní klimatický program České republiky, ČHMÚ. (http://www.chmi.cz/nkp/nkp.html) Základní informace o možných dopadech změny klimatu v ČR. Dokumenty vztahující se k problematice změny klimatu, ČHMÚ. ( http://www.chmi.cz/cc/dokumenty.html) Změna klimatu, Evropská komise. (http://ec.europa.eu/environment/climat/ campaign/index_cs.htm) Boj proti změně klimatu, Evropská komise. (http://ec.europa.eu/climateaction/index _cs. h tm) Čtvrtá hodnotící zpráva, IPCC. (http://www.ipcc.ch/pdf/reports-nonuntranslations/czech/ar4-syr-spm.pdf) skleníkové plyny vodní pára (H 2 O) oxid uhličitý (CO 2 ) metan (CH 4 ) oxid dusný (N 2 O) halogenované uhlovodíky Přehled skleníkových plynů základní informace hlavní skleníkový plyn odpovídá za 2/3 přirozeného skleníkového efektu vodní pára v atmosféře je součástí hydrologického cyklu uzavřeného systému oběhu vody, jíž je na Zemi konečné množství, lidská činnost tedy vodní páru do atmosféry nepřidává teplejší vzduch však může pojmout mnohem více vlhkosti a přispět tak k zesílení skleníkového efektu hlavní přispěvatel ke zvýšenému (vlivem lidské činnosti) skleníkovému efektu na Zemi je konečné množství uhlíku, který je součástí složitého uhlíkového cyklu rostliny používají uhlík při stavbě svých těl (při fotosyntéze absorbují CO 2 a uvolňují O 2 ), živí se jimi zvířata, jejichž tkáně jsou rovněž vybudovány z uhlíku fosilní paliva jsou pak fosilizované zbytky těl rostlin a živočichů vzniklé za určitých podmínek během milionu let (uhlí - zbytek pohřbených lesů; ropa - vznikla přeměnou mořských rostlin mezi ovzduším, oceány a zemskou vegetací se každoročně přirozenou cestou vymění miliardy tun uhlíku od průmyslové revoluce (r. 1800) vzrostla koncentrace CO 2 v ovzduší o více než 50 % v důsledku spalování obrovského množství fosilních paliv při výrobě energie CO 2 jako skleníkový plyn přispívá 60 % k zesílení skleníkového efektu v současnosti vypouštíme do ovzduší každoročně více než 25 mld. tun CO 2 životnost v atmosféře: 50-200 let v závislosti na zpětné recyklaci do půdy či oceánu druhý nejdůležitější přispěvatel ke zvyšování skleníkového efektu od průmyslové revoluce se koncentrace CH 4 v ovzduší zdvojnásobily 20 % přispívají k zesílení skleníkového efektu CH 4 produkují zejm. bakterie živící se organickým materiálem za nedostatku kyslíku (tlení, hnilobné procesy) přírodní zdroje CH 4 : mokřady, oceány, ad.; lidské zdroje: zejm. chov dobytka (hnůj, močůvka), pěstování rýže (zaplavená rýžoviště), skládky CH 4 v atmosféře zachycuje teplo 21x účinněji než CO 2 životnost v atmosféře: 10-15 let přirozenou cestou se uvolňuje z oceánu a deštných pralesů činností půdních bakterií lidské zdroje: dusíkatá hnojiva, spalování fosilních paliv, doprava od průmyslové revoluce vzrostla koncentrace N 2 O v atmosféře o 16 % k zesílení skleníkového efektu N 2 O přispívá 4-6 % N 2 O je při absorpci tepla 310x účinnější než CO 2 jediné skleníkové plyny, které se nevyskytují přirozeně, ale byly vyvinuty člověkem pro průmyslové účely fluorované uhlovodíky (HFC) používají se k chlazení a mražení, v klimatizacích fluorid sírový (SF 6 ) používá se v elektronickém průmyslu perfluorouhlovodíky (PFC) uvolňují se při výrobě hliníku a také se používají v elektronickém průmyslu; nejznámější z nich jsou chlorofluorovodíky (CFC), které narušují ozonovou vrstvu halogenované uhlovodíky mohou zachycovat teplo až 22 000x účinněji než CO 2 některé fluorované skleníkové plyny zůstávají v atmosféře několik tisíc let Jak rychle narůstají koncentrace skleníkových plynů? Od doby průmyslové revoluce vzrostly koncentrace CO 2 o 31 %, CH 4 o 150 %, N 2 O o 17 % a troposférického ozonu o 35 %. Jde tak pravděpodobně o nejvyšší hodnoty, kterých bylo za uplynulých 400 tisíc let dosaženo. Fluorované uhlovodíky a SF 6 jsou látkami zcela novými, které se v minulosti vůbec nevyskytovaly. Je zřejmé, že k nárůstu atmosférických koncentrací těchto plynů došlo převážně v důsledku spalování fosilních paliv, výroby tepla a energie a dalších aktivit souvisejících s činností člověka. V globálním měřítku je CO 2 odpovědný přibližně za 60 % celkového ohřevu planety, CH 4 za 20 %, N 2 O za 6 % a halogenované uhlovodíky za 14 %. Opravdu se Země otepluje? Průměrná globální teplota planety se od konce 19. století zvýšila o 0,6 ºC. V řadě kontinentálních oblastí byl pozorován skutečný ohřev významně vyšší, v některých regionech došlo naopak k ochlazení. Podle posledních analýz dlouhodobých měření bylo 20. století na severní polokouli zatím nejteplejším stoletím a jeho poslední dekáda historicky vůbec nejteplejší. Nátr, L. (2006): Země jako skleník Proč se bát CO 2? Praha: Academia. Barros, V. (2006): Globální změna klimatu. Praha: Mladá fronta. 4
Jaké důkazy mohou vědci předložit? Vyjma přímých měření existuje celá řada dalších indikátorů, že se teplota planety zvyšuje - např. poznatky o oteplování horních vrstev světových oceánů, tání pevninských ledovců, snižování vrstvy ledu v nejsevernějších a nejjižnějších mořích a oceánech, snižování průměrné sněhové pokrývky a počtu dnů se sněhem, nárůstu hladin moří a oceánů a pásmových posunech v rozložení výskytu řady rostlin a živočichů. Například rozsah sněhové pokrývky se od 60. let na severní polokouli snížil o 10 % a odpovídající je rovněž snížení rozsahu zalednění jezer a arktických moří a oceánů (od 50. let došlo ke snížení o 10 až 15 %; odpovídající je i snížení vertikální mohutnosti ledových vrstev). Průměrná hladina moří a oceánů se během 20. století zvýšila o 10 až 20 cm a během posledních 50 let se zvýšil i obsah tepla v oceánech a byl znamenán pokles výskytu extrémně nízkých teplot. Flandery, T. (2007): Měníme podnebí - Minulost a budoucnost klimatických změn. Praha: Dokořán. 5