Környezetmérnöki alapok (AJNB_KMTM013) Globális környezeti problémák. 4. Az atmoszférában bekövetkező változások

Átírás

1 Környezetmérnöki alapok (AJNB_KMTM013) 4. Az atmoszférában bekövetkező változások 2018/2019-es tanév I. félév Globális környezeti problémák A globális éghajlatváltozás okai és jelenségei Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens SZE, AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Globális éghajlatváltozás Az éghajlat meghatározó tényezői Mi is az az éghajlat? egy területen a légkör jóval hosszabb távon érvényes állapota, mint az időjárás (legalább 30 év) összetett, kaotikusan viselkedő rendszer állapotának statisztikai leírása állapothatározói: nemcsak a besugárzás, hőmérséklet, légnyomás, szél, páratartalom, csapadék, felhőzöttség átlagértékei, hanem a szélsőségek valószínűsége is! 4 Kérdések A globális felszíni hőmérséklet eltérése az időszak átlagához képest Változik-e a Föld éghajlata? Ha változik, milyen gyorsan? Természetes okokból változik, emberi hatásra vagy is-is? Milyen természetes okok lehetnek a háttérben? Milyen nem természetes okok? Lehet-e modellezni, és így előrejelezni az éghajlat változását? stb. NASA/GISS nyomán search/news/ / main_land-oceanfull.jpg 6 1

2 A Föld becsült átlaghőmérsékletének alakulása az elmúlt ~100 millió évben logaritmikus skála! Kétkedők és meggyőzöttek (forrás: Az éghajlatváltozás valószínűsíthető természetes okai B) A légkör összetevőinek természetes változásai CO2 (+) és vízgőz (+) természetes változása aeroszolok (-) vulkáni tevékenység: hamu (-), SO2 szulfát aeroszol (-) A) Kozmikus hatások: Naptevékenység (napfoltkitörések (+)) a napállandó változása a Föld keringési és pályaelemeinek időszakos változásai a besugárzás intenzitásának változásai Hőleadás a légkörbe Atlantióceán Csendesóceán Indiaióceán Meleg, felszíni ármalat C) Kontinensek és tengerek egymáshoz viszonyított arányuk kontinensvándorlás növényborítottság (CO2, albedó) jég kiterjedése tengeráramlások A galaktikus kozmikus sugárzás intenzitásának (GCR; szürke vonal) összehasonlítása az átlagos földi hőmérséklettel (T(2m); piros vonal) óta a Nap nem vált aktívabbá A kozmikus sugárzás intenzitásában nem következett be tartós változás, azonban a hőmérséklet emelkedik Hideg, sós, mélyvízi áramlat Forrás: Rasmus Benestad Hőleadás a légkörbe A Föld átlaghőmérsékletének és a légkör szén-dioxid tartalmának változása az elmúlt 400 ezer évben (0: 2009) antarktiszi jégmagok analízise 10 Mitől függ a földfelszín hőmérséklete? a Napból érkező sugárzástól ( klímahullámvasút ) legutolsó 10 ezer év folyamatos meleg időszak korábbi csúcsok 1-2 ezer évig tartottak! a földfelszín kisugárzásától az üvegházhatású gázok koncentrációjától, (egyesek) függőleges eloszlásától durva felbontás előidejűség? a felszín, a felhők és a légköri aeroszol albedójától 2

3 A Föld sugárzási egyenlege Az üvegházhatás a légkört alkotó gázok különböző mértékben verik vissza ill. nyelik el a Napból érkező sugárzást a felszínre érkező sugárzás hosszú hullámú hősugárzássá alakul (Föld infravörös kisugárzása), ezt a légkör egyes nyomgázai (üvegházgázok) elnyelik, majd kisugározzák hőtöbblet keletkezik, felszínhez közeli hőmérséklet megnő ezen üvegházhatás nélkül 33 C-kal alacsonyabb (-18 C) lenne a Föld átlaghőmérséklete légköri gázok mennyisége, aránya befolyásolja a sugárzás visszaverését, elnyelését, átalakulását törékeny egyensúly! Az éghajlatváltozás valószínűsíthető antropogén okai Üvegházhatású gázok (ÜHG) A) Az üvegházhatású gázok koncentrációjának változása (+) B) A Föld albedójának megváltozása (területhasználati változások) C) fosszilis tüzelőanyagok égetése aeroszolok (-, +) D) repülés okozta kondenzcsíkok (+) CO 2, N 2 O, CH 4 fluorozott szénhidrogének (HFC-k) perfluor-karbonok (PFC-k) kén-hexafluorid (SF 6 ) egyéb klór-flour-karbon vegyületek (CFC-k, HCFC-k és CH 3 CCl 3 ) vízgőz halonok ózon Kiotói egyezmény hatálya Montreáli egyezmény hatálya CO 2, CH 4, N 2 O HFC, PFC, SF 6 CO 2 : szén-dioxid fosszilis tüzelőanyagok elégetése erdőégetés erdőhiány miatti lekötés csökkenés mészkőfelhasználás CH 4 : metán természetes forrásai: bomlás, fermentáció antropogén forrásai: rizstermelés, hulladékok bomlása, bányászat, energiaipar, biomassza tüzelés, kérődzők N 2 O: dinitrogén-oxid műtrágyázás, gyártási folyamatok (salétrom, adipin, glioxil, glioxálsav) HFC-k: fluorozott szénhidrogének freonok kiváltására alkalmazzák az 1990-es évek 2. felétől hazánkban (hűtőberendezések hűtőközegeként) PFC-k: perfluorkarbonok CF 4 és C 2 F 6 primer Al előállításakor 2006-ban megszűnt hazánkban az Al előállítás kibocsátás megszűnt SF 6 : kén-hexafluorid sűrűsége a levegő 5-szöröse nagy villamos szilárdság nagy zárlati teljesítményű hálózatok megszakítóiban gáztöltet 3

4 Freonok és halonok A fontosabb üvegházhatású gázok antropogén hatású változása (a vízgőz nélkül) freonok (fluorozott, klórozott szénhidrogének): pl. CFCl 2, CFCl 3 hűtőközeg, vivőanyag halonok: C + F + Cl + Br atomokból állnak tűzoltás 1986 Montreali egyezmény: felhasználásuk csökken, Magyarországon megszűnt stabilak feljutnak a sztratoszférába is fotokémiai folyamatok klóratomok ózont lebontják sztratoszférikus ózon mennyiségét hazánk felett továbbra is csökkentik 1,8 ppm (2011) 400 ppm (2015) Szén-dioxid koncentráció a légkörben az elmúlt években a Mauna Loa szigeti mérőállomás adatai szerint. A piros vonal a havi átlagokat mutatja, a fekete szezonális értékeket korrekcióval A légkör CO 2 koncentrációjának változása az utolsó 400 ezer évben, napjainkig Forrás: EAWAG, Grönland megfúrt 2500 m vastag jegéből, a buborék zárványok analízise alapján forrás: OMSZ 4

5 Az ÜHG kibocsátás növekedése okozza-e a felmelegedést? A CO 2 és a hőmérséklet görbe kisebb időtávban A CO 2 és hőmérséklet görbe egybeesése antarktiszi jégmagok analízise ( klímahullámvasút ) legutolsó 10 ezer év folyamatos meleg időszak korábbi csúcsok 1-2 ezer évig tartottak! durva felbontás előidejűség? Forrás: A Climate for Recovery. The Colour of Stimulus Goes Green. HSBC Bank. 25 February A CO 2 nemcsak a légkörben halmozódik fel! A tengervizek kémhatásának várható változása két éghajlati forgatókönyvre modellezve kék: CO 2 parciális nyomása a tengervíz felszíni rétegében zöld: ph a tengervíz felszíni rétegében Hová tűnik el a légkörből hiányzó szén-dioxid? Metánhidrát De! világtengerek élővilágának állapotmegőrzése fontos melegebb víz: CO 2 megkötő képesség csökken 12 C-os vagy melegebb tengervíz esetén a metánhidrát felbomlik Nature publikáció 2014-ben: 90%-os valószínűségű, hogy 50 milliárd tonna CH 4 kitörés várható (most 5 milliárd tonna CH 4 van a légkörben!) a biológiai szivattyú feltárt készlet bizonyított lehetséges in Lóczy D

6 A tengerszint emelkedésekor szabadulnak-e fel a gázhidrátok? Vagy éppen ellenkezőleg, eljegesedéskor? Gáz-hidrátok jövőbeli szerep?? A legfontosabb üvegházgázok mennyiségének alakulása a légkörben ( ) (Forrás: NOAA/CMDL) Szerves szénkészletek a Földön Jelenség Hatása, mennyisége Kapcsolódó visszacsatolás Naptevékenység Jelenleg nincs, későbbiekben Negatív változása hűthet (-0,4-1 C) Vulkáni tevékenység Növényzet megkötő hatása Az éghajlatváltozás alakulására hatást gyakorló trendek Hűthet, ha növekszik a tevékenység Csökkenő hatás a fogyó erdők és az óceáni élőhelyek sérülése miatt Negatív Negatív Veszélyesség Előnyös Előnyös lenne Előnyös lenne, ha nőne CO2 kibocsátás Növekvő hatás, eddig +0,6 C Pozitív Veszélyes IPCC: Intergovernmental Panel on Climate Change Jelentés 1990-től néhány évente Különböző éghajlati forgatókönyvek éghajlati modellek Éghajlatváltozási Kormányközi Testület Metánkoncentráció növekedése Növekvő hatás, fordulópont előtt áll, jelenleg +0,1-0,2 C Pozitív Kiemelten veszélyes 35 Rajenda Pachauri 6

7 A globális éghajlatváltozás jelenségei páratartalom 1. A légkör felmelegedése gleccserek : 0,85 C az alsó légkör átlag-hőmérsékletének növekedése szárazföldek feletti hőmérséklet óceánok feletti hőmérséklet hóborítás troposzféra (alsó légkör) hőmérséklete erdőhatárok É-abbra és magasabbra tolódnak tenger felszíni hőmérséklete tengerszint tavasz korábban érkezik tengerjég jégmezők fajok É abbra és magasabbra vándorolnak óceánok hőtartalma (forrás: National Aeronautics and Space Administration Goddard Institute for Space Studies) Éves középhőmérsékletek Budapesten A földfelszíni hőmérséklet között megfigyelt változása (forrás: OMSZ) Az elmúlt 100 év alatt 0,68 C-os hőmérséklet-emelkedés (forrás: IPCC, 2013) Hőmérsékletváltozások voltak a múltban is és a régmúltban is A hőmérsékletváltozás trendje Közép-Európában !? néhány évtizedig nem voltak napfoltok! jégkorszakok: ezer éve (würm jégkorszak utolsó hidegmaximuma) a Kárpát-medencében mínusz 2-3 C évi középt, -12 C januári, C júliusi középt de a Föld átlaghőmérséklete csak 4-5 C-kal volt hidegebb!! a változások trendje pedig a jelenlegi tizede, ötvenede! 7

8 hőmérsékleti eltérés C és a nagyon régmúltban is A hőmérséklet valós és modellezett változása A Föld becsült átlaghőmérsékletének alakulása az elmúlt ~100 millió évben fekete vonal: a mért hőmérséklet piros vonal: az emberi tevékenységek hatásait figyelembe vevő modell által számolt hőmérséklet kék vonal: az emberi tevékenység hatásait figyelembe nem vevő modell által számolt hőmérséklet logaritmikus skála! (forrás: (Forrás: IPCC, 2007) A várható globális átlagos hőmérsékleti növekedés az közti időszakhoz képest A földfelszíni és tengerfelszíni várható hőmérsékletemelkedés mértéke két éghajlati forgatókönyvre modellezve (forrás: IPCC, 2013) különböző éghajlati forgatókönyvek alapján (forrás: IPCC, 2013)

9 Valószínűsíthető hőmérséklet változások hazánkban 2. A tenger felszíni vizének felmelegedése A globális emisszió 4 fő szcenáriójára, 16 globális éghajlati modell bevonásával A modellek által becsült eredmények: évi középhőmérséklet: 2050-re: (+0,8)-(+2,8) C 2100-ra: (+1,3)-(+5,2) C tengerek felszíni vize 1860-tól 2000-ig: kb. 0,7 C-kal melegebb Az IPCC alapján Mika J. (2002) előrejelzése: globális hőmérsékletváltozás +0,5 C +1 C +2 C +4 C hőmérséklet a nyári félévben +1,0 C +1,3 C +2,0 C +4,0 C hőmérséklet a téli félévben +0,8 C +1,7 C +3,0 C +6,0 C Tengerfelszín hőmérséklet változás 3 adatközpont alapján (forrás: Hartmut Grassl 2006) A tengervízben tárolt hőenergia Az 1978 és 2002 közti éves tengerfelszín hőmérséklet átlagok változása Az éghajlati rendszerben megfigyelt nettó energia növekedés több mint 60%-a a felső óceánvízben (0-700 m), kb. 30%-a a 700 m mélység alatti óceánvízben tárolódik! (forrás: in Hartmut Grassl, 2006) 3. A csapadékban bekövetkezett változások a magas É-i szélességek: éves csapadékmennyiség nő a közepes É-i szélességek: téli csapadékmennyiség nő a szubtrópusok nyári szárazsága: É-ra kitolódott a félszáraz szubtrópusi területek: több aszályos időszak egy alkalommal lehullott csapadék mennyisége nőtt gyakoribbak a hirtelen árvizek (forrás: IPCC, 2013) mm-nyi csapadék-csökkenés a 20. szd. során ( : száraz időszak) csapadékextrémitások növekedtek a 20. szd. utolsó negyedében 9

10 A lehullott csapadék mennyisége Budapesten A csapadékmennyiségben bekövetkező változások mértéke két éghajlati forgatókönyvre modellezve (forrás: OMSZ) (forrás: IPCC, 2013) A Föld átlagos évi csapadékmennyiségének változása (%-ban) az közti időszak átlagához viszonyítva Január Július (forrás: IPCC, in Hartmut Grassl, 2006) (forrás: IPCC) Valószínűsíthető csapadékváltozások hazánkban 4.1. A jeges területek változásai tengerjég A globális emisszió 4 fő szcenáriójára, 16 globális éghajlati modell bevonásával A modellek által becsült eredmények: az évi csapadékmennyiség változása a maihoz képest: 2050-re: (-1)-(+7) % 2100-ra: (-3)-(+14) % a csapadék várható évszakos eloszlása: nyár és ősz: mainál szárazabb tél és tavasz: mainál nedvesebb Az IPCC alapján Mika J. (2002) előrejelzése: globális hőmérsékletváltozás +0,5 C +1 C +2 C +4 C évi csapadék -40 mm -66 mm A csapadékmennyiség relatív változása (%) a közti időszakban az es időszakhoz képest, januárban és júliusban bizonytalan mm pozitív visszacsatolás: kevesebb jég albedó lecsökken nagyobb felmelegedés jégtakaró olvad Hudson-öböli jegesmedvék a globális felmelegedést alátámasztó jelenségek leginkább a hideg területekhez kötődnek 10

11 Az északi Jeges-tenger jégtakarójának kiterjedése nyáron forrás: IPCC, 2013 Jeges-tengeri jégtakaró kiterjedésének csökkenése között: éves csökkenés: 3,5-4,1% / 10 év nyári csökkenés: 9,4-13,6% / 10 év Antarktisz körüli tengerjég csökkenése között: 1,2-1,8% / 10 év É-i sarkvidéki jégtakaró szept. hónapi kiterjedése millió km 2 -ben: megfigyelések és modellezések alapján a vártnál gyorsabban csökken! (forrás: Science) 4.2. A jeges területek változásai szárazföldi jégtakaró 1960-as évek vége óta globálisan 10%-kal csökkent a szárazföldi jégtakaró É-i félgömb: 2 héttel csökkent a tavak, folyók jégborítása hóhatár emelkedik (pl. Svájc: m/néhány évtized) a gleccserek visszahúzódása az egész Földön megfigyelhető Andok gleccserei igen gyors ütemben húzódnak vissza számos nagyváros vízellátása, élelmiszerellátása veszélyben (pl. Lima) Tibeti-fennsík gleccserei: 7 nagy folyó táplálói világnépesség 40%-a számára ad ivóvizet!! + mezőgazdaság: öntözés! (2050-re: 2/3-a eltűnhet!) Észak-Amerikában és Európában jelentősen lecsökkent a hóval borított napok száma 64 Gleccserek visszahúzódása Muir gleccser, Alaszka, aug aug. 65 (forrás: NSIDC/WDC for Glaciology, Boulder, compiler. 2002, updated Online glacier photograph database. Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center) 11

12 A Kilimandzsáró hava 4.3. A jeges területek változásai Antarktisz 2005: először készült hó nélküli fotó a hegyről 2020-ra teljesen eltűnhet a hósapka 1993 február 2000 február Az Antarktisz jégtömege nő! szárazföldi, igen vastag jégtakaró (átlagosan 2000 m) nincs alulról melegítő hatású víz, kivéve: selfjég! évi középhőmérséklet: -49, -56 C: ha néhány fokot melegedik a levegő, még nem indul meg az olvadás melegebb levegő több vízgőzt tud befogadni több hó esik vastagszik a jégtakaró növekvő tömege miatt jégtömbök szakadhatnak le (jégborjadzás) selfjegek mozognak, repednek Ny-antarktiszi tenger alatti jégmező (Ross-selfjég) esetleges leszakadása és olvadása 7 m-es tengerszint emelkedés 4.4. A jeges területek változásai permafrost réteg A Ross-selfjég a Délisarkvidék km² kiterjedésű, közel Spanyolország nagyságával megegyező, legnagyobb selfjege. É-Alaszka: 3 C növekedés között É-Oroszország: 2 C növekedés között Alaszka, Szibéria, É-i sarkkör: talajfagy tartós csökkenése házak, utak megsüllyednek, csővezetékek stb. veszélybe kerülnek Arktisz tengerfenék, szibériai összefüggő talaj alatti jégtakaró metánt tartalmaz (metánhidrát, ld. korábban) felenged légkörbe kikerül Mrd t (most 5 milliárd t CH 4 ) (mintha a CO 2 -ra nézve 3900 ppm lenne!) 69 A metán kiáramlása már elkezdődött! 5. A világtenger szintjének átlagos emelkedése a tenger szintjének emelkedése gyorsul: : 1,7 mm/év : 2,0 mm/év : 3,2 mm/év forrás: IPCC, 2013 A világtenger szintjének emelkedése a műholdas mérések alapján és az IPCC előrejelzése A melegedő tengervíz hőtágulása és a gleccserek olvadása okozza a tengerszint emelkedésének 75%-át. A tengerszint a vártnál gyorsabban emelkedik! 2100-ra: cm-es növekedés is lehetséges korábban IPCC (2007): cm 12

13 Miami Velence 2012 október Kuba Kiribati (Csendes-óceán) Kiribati Csendes-óceán, egyenlítő mentén, félúton Hawaii és Ausztrália között 33 korall-sziget, 2 m-rel a tenger fölött 101 ezer fő Sósodás, édesvíz gondok a szomszédos Fidzsin már területet vesz a kormány Tuvalu: 26 km 2, lakos 4 kis sziget, 5 atoll 4. legkisebb állam (népesség 3.) legmagasabb pont: 4,5 m Új-Zélandra települnek át Tuvalu 75 a vízgyűjtőterületen bekövetkezett hőmérséklet- és csapadékváltozásoktól függően Hazánk esetében: 6. Az éghajlatváltozás hatása a folyókra, tavakra éghajlatunk melegedik és szárazodik: eltolódás lehetséges egy félszáraz, mediterrán jellegű klíma irányába átlagos évi lefolyás csökkenhet, kisebb tavaink kiszáradhatnak, mezőgazdaság komoly problémák elé néz telek: mainál melegebbek és csapadékosabbak árvízveszély nő (vízfolyások vízhozama nőhet) nyarak: mainál melegebbek és szárazabbak aszályveszély nő (vízfolyások vízhozama csökkenhet) 7. Az éghajlatváltozás hatása a növényekre Műszaki megoldások?? Mezőgazdasági növénytermesztés növényenként változó hőm., nedv., CO 2 stb. igény és ezek változására bekövetkezett válasz egyes haszonnövényeknek kedvező, másoknak kedvezőtlen változások (földrajzi szélességtől is függően) talaj nedvességtartalma is változik Mo-on valószínűleg nő az öntözővíz-igény Erdők fafajok migrációja lassú, gyors környezeti változásokat (hőm. emelkedés, csap.-változás) nem tudja természetes módon követni Mo-on a hőm. emelkedés és csap. csökkenés esetén az erdős sztyepp a zonális erdők rovására terjeszkedne Egyes ökoszisztémák összeomolhatnak a melegedés miatt?? 13

14 Tehetünk-e valami értelmeset a globális éghajlatváltozás elkerülésére? Kiegészítő anyagok: éghajlatvédelmi stratégiák: energiaszerkezet átalakítása, takarékosság, műszaki megoldások (?) környezetvédelmi szempontból szükségesek! józan megoldás: időben megtett alkalmazkodási intézkedések Az El Niño jelenség változása A Broecker féle óceáni szállítószalag lehetséges változása mitigation adaptation Az El Niño jelenség Átlagos körülmények között: DK-i Csendes-óceán: magas légnyomás Indonézia, É-Ausztrália: alacsony légnyomás Egyenlítő mentén K-i passzátszelek egyenlítik ki: a szelek D-Amerika partjaitól meleg vizet visznek a Ny-Csendes-óceáni térségbe D-Amerika partjai elől a passzát a meleg felszíni vizet elszállítja: hideg víz áramlik fel (8 Ckal hűvösebb itt a víz, mint a Ny-i térségben) Dél-Amerika miközben a Ny-Csendes-óceáni térségbe szállított meleg vizek 200 m mélységbe leszorítják a meleg felszíni és az alatta lévő hideg vizek határát Ausztrália Passzát szél találkozik a Ny-i szelekkel: heves esőzések a Ny-Csendes-óceáni részen majd K felé áramlik a levegő középső és K-i Csendes-óceánnál lefelé áramlik száraz időjárást okozva forrás: El Niño (folyt.) Rendszertelen időközönként a fenti légnyomáskülönbség gyenge K-i szél gyöngül D- Amerika partjainál (K-Csendes-óceán) a szokásosnál melegebb a tenger, a Ny-Csendesóceáni térségben viszont hidegebb El Niño jelenség (kisded v. gyermek Krisztus, karácsony tájékán jelentkező meleg áramlat D- Am. partjainál) D-Am.: melegebb, sósabb tenger halászat romlik trópusi viharok (tájfun, hurrikán: meleg tengerfelszínhez kötöttek) az átlagostól K-ebbre alakulnak ki DK-Ázsia, Ausztrália: nagy szárazság, erdő- és bozóttüzek Ausztrália forrás: Dél-Amerika 14

15 Az El Niño hatásai és távkapcsolatai La Niña 70N 60N 50N 40N 30N 20N 10N EQ 10S 20S 30S D-Amerika: átlagosnál hidegebb tenger tápanyag-ellátottság jobb ez serkenti a fotoszintézist halállomány is gyarapszik Indonézia: átlagosnál melegebb tenger erősebb passzátszél, több csapadék Indonéziánál 40S 50S 60S 0 60E 120E W 60W világoszöld: nedves és meleg; sötétkék: nedves és hideg; sötétzöld: nedves; piros: meleg; barna: száraz; sárga: száraz és meleg) A La Niña hatásai és távkapcsolatai Ausztrália forrás: Dél-Amerika 70N 60N 50N 40N 30N 20N 10N EQ 10S 20S 30S 40S 50S 60S 0 60E 120E W 60W világoskék: hideg; sötétkék: nedves és hideg; zöld: nedves; narancs: száraz és hideg; barna: száraz; sárga: száraz és meleg El Niño (folyt.) El Niño hatása a világ nagy részén észlelhető a földi légkörzés kapcsolatai miatt ENSO: El Niño and Southern Oscillation 2-10 évenként, 12 hónapig is eltarthat hosszú idősoros kutatások alapján a jelenség a 20. szd.-ban jóval erősebb, mint korábban ( , : legerősebb) El Niño a nagy légköri folyamatok része a globális felmelegedés hathat a változásaira Globális csapadák-anomáliák az El Niño hatására nyáron (fent) ill. télen (lent) kék: csapadékos narancs: száraz piros: meleg forrás: 15

16 Broecker-féle óceáni szállítószalag Az elmúlt 110 ezer év hőmérsékletváltozásai (Broecker 1997 alapján) Az elmúlt 110 ezer év klímájáról a grönlandi jégtakaróba mélyített fúrások pontos információkat szolgáltattak (jégbe zárt levegő O16/O18 aránya alapján) az éghajlati ingadozások gyorsabbak és gyakoribbak voltak, mint gondoltuk the oceanic conveyor belt (Broecker-féle szállítószalag): a nagy óceáni medencék közt egy folyamatos felszíni és mélytengeri áramláskör 20 millió m3/sec vízszállítás (100 Amazonas vízhozama!) 5-10 C-os pozitív hőmérsékleti anomáliát okoz az Észak-Atlanti térségben az éghajlati változások oka: vélhetően az áramlásrendszer leállása majd újraindulása Óceáni szállítószalag (Földünk állapota e-tankönyv, 2008) Broecker-féle óceáni szállítószalag a szállítószalag az óceánvíz változó hőmérséklete és sótartalma alapján működtetett (termohalin) áramlás Hőleadás a légkörbe Észak-atlanti áramlás: Izlandnál még C-os, majd párolgás és légáramlatok miatt 2Atlantióceán Csendesóceán Indiaióceán Meleg, felszíni ármalat Hideg, sós, mélyvízi áramlat 3 C-ra hűl, sótartalma megnő sűrűsége megnő lesüllyed, D felé áramlik tovább Atlanti-, Indiai-óceán D-i medencéje Csendes-óceán: hideg víz a felszínre kerül Nyra haladva, felmelegedve zárja a rendszert legkritikusabb az Észak-Atlanti térség: kis sótartalom különbség mellett buknak mélybe a vizek ha valamilyen édesvíz-utánpótlás felhígítja az óceán vizét leállhat az áramlás Hőleadás a légkörbe Broecker-féle óceáni szállítószalag Mi csökkentheti le a sótartalmat? 1.: növekvő csapadékmennyiség 2.: a térségbe közvetetten vizet juttató kanadai és szibériai folyók nagyobb vízhozama 3.: az arktikus területek szárazföldi jegének (édesvíz!) olvadása jégtakaró elolvad a sótartalom lecsökken sűrűség nem nő meg nem süllyed le a hideg víz leáll a szállítószalag csökken a térség hőmérséklete leáll a sarki jégtakaró olvadása újra megnő a sótartalom elindulhat az áramlás Szállítószalag gyengülés lehűlés a múltban 8200 évvel ezelőtt hirtelen lehűlés: 200 év alatt kb. 5 C-t csökkent a középhőmérséklet valószínűleg egy óriási édesvíztömeg kiáramlása indította el a jelenséget, amely leállította az óceáni szállítószalagot a jégkorszak végén az É-Am.-i kontinensen felgyűlt hatalmas jégtömegek olvadásából egy óriási tó jött létre (Agassiz-tó: 2x nagyobb, mint a Kaszpi-tó), É-on jég határolta Hudson-öböl felé kezdett el kiáramlani a tó vize a jég alatt (szubglaciális vízkiáramlás) kb. egy év alatt kiáramlott (5-10 millió m3/sec!) Ha bekövetkezik az óceáni szállítószalag leállása, akkor azt gyorsan követi az éghajlat megváltozása! termohalin cirkuláció legyengült lehűlés 16

17 Egyezmények az üvegházhatású gázokról Riói Konferencia: ENSZ Éghajlatváltozási Keretegyezmény (1994-ben lépett hatályba): konkrét határidő és határértékek helyett a korábbi szinten való stabilizálás szükségességére utal az egyezmény EK álláspont: a CO 2 kibocsátás stabilizálása az 1990-es szinten 2000-ig USA: ezt elutasította fejlődő országok: gazdasági fejlődésüket látták veszélyeztetve Map of Glacial Lake Agassiz and Lake Ojibway ca 7900 YBP. Designed from Teller and Leverington, 2004 (U.S. Geological Survey) ország vállalt elvi kötelezettséget, de ha minden fejlett állam betartaná a vállalását, akkor is tovább nőne a CO 2 mennyisége a növekedés megállításához szükséges: az összes antropogén kibocsátást több mint felére kellene csökkenteni Egyezmények az üvegházhatású gázokról Egyezmények az üvegházhatású gázokról Kiotói Jegyzőkönyv (elfogadva: 1997) jogilag kötelező formában az országok kibocsátás-szabályozási kötelezettségvállalásai mára több mint 120 ország csatlakozott Mo: 2002-ben ratifikálta ( : -6%) a kibocsátás csökkentés bázis időpontja általában 1990 emissziós korlátozások: CO 2, CH 4, N 2 O, HFC-k (fluorozott szénhidrogének), PFC-k (perfluorkarbonok), SF 6 (kén-hexafluorid) CO 2 egyenértékre számolják át őket (global warming potencial) kiskapuk, felmentések (egyes országok csak növekedés-korlátozást, szinten tartást vállaltak) (csak akkor léphetett életbe, amikor a csatlakozó országok összes kibocsátása elérte a káros gázok kibocsátásának 55%-át) február 16-án életbe lépett A kiotói jegyzőkönyv rugalmasságai: időbeli rugalmasság (5 év átlagában kell teljesíteni) emissziós rugalmasság (a 6-féle gáz belső emissziós arányai változhatnak, teljes emissziós értéket kell betartani) nyelők kérdése (CO 2 lekötése által is elérhető az emisszió-csökkentés, pl. erdőtelepítések) együttes megvalósítás és emissziós kereskedelem (konkrét vállalást tett országok között: ha egy ország a másikban emissziót csökkentő beruházást végez, annak egy részét saját eredményként elismertetheti; kereskedelem tárgya is lehet a kibocsátás) tiszta fejlesztési mechanizmus (vállalást nem tevő országokban emissziót csökkentő beruházás saját eredményként elismertethető) A Föld legnagyobb CO 2 kibocsátói 2002-ben (forrás: IEA) 17

18 További United Nations Climate Change klímakonferenciák (COP Conference of Parties) Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése 2009: Koppenhága 2010: Cancún (Mexikó) 2011: Durban (Dél-Afrika) 2012: Doha (Katar) 2013: Varsó (Lengyelo.) 2014: Lima (Peru) 2015: Párizs (Franciao.) 2016: Marrakesh (Marokkó) 2017 Bonn (Németország) (COP23) O 2 O 3 egyensúly ózontartalom mérése: Dobson egység 1 Dobson = normál nyomáson, tengerszintre vonatkoztatva a légréteg ózontartalma 0,01 mm-nek felel meg az ózonképződés az UV-sugárzástól függ: fő keletkezési helye a trópusi területek feletti sztratoszféra (20-30 km-en) a légköri áramlások azonban elszállítják É-ra és D-re trópusi területek felett: Dobson Északi-pólus felett: 440 Dobson Déli-pólus felett: 300 Dobson (domináns Ny-i szelek az szélességi foknál korlátozzák eljutását az Antarktiszig) forrás: forrás: Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése 1 October 2018 Sztratoszférikus ózon: fontos szerep: UV sugárzás szűrő hatás csökkenő koncentráció (<220 Dobson: ózonlyuk ) Troposzférikus ózon: napsugárzás és szennyezőanyagok kémiai reakciói által képződik, de káros a jelenléte (ld. pl. Los Angeles típusú szmog) növekvő koncentráció Forrás:

19 A sztratoszférikus ózoncsökkenés egészségügyi hatásai bőrre kifejtett hatás: rosszindulatú festékes bőrdaganat (melanóma) leégés fényérzékenység napsugárzás okozta bőrelváltozások szemre kifejtett hatások: heveny kötőhártya- és szaruhártya gyulladás szürkehályog szem egyes részeinek rosszindulatú daganata immunrendszerre kifejtett hatások: a sejtes immunválasz elnyomása fokozott fertőzési fogékonyság latens vírusfertőzések aktiválása (pl. herpesz) Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése Az ózontartalom csökkenése az Antarktiszon október közötti átlagok alapján (Forrás: NOAA CMDL) freonok, halonok, szén-tetraklorid, metil-bromoform, metil-bromid stb. hatására az ózon lebomlik: CFCl 3 Cl (atomos) O 3 + Cl (atomos) O 2 + ClO ClO (nem stabil) Cl + O O + O O 2 Cl (atomos) újra bonthatja az O 3 -t elsőként az Antarktisz felett mutatták ki az ózon koncentrációjának igen nagy mértékű csökkenését Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése az ózon bontásában fő szerep: a poláris sztratoszférikus felhők (PSzF) 3 csoportja: 1. a kondenzációs magokra jég csapódik ki -87 C alatt: gyors lehűlés, nagyobb jégkristályok (pl. gyöngyházfelhők) 2. a kondenzációs magokra jég csapódik ki -87 C alatt: lassú lehűlés, igen apró jégkristályok 3. salétromsav-trihidrát felhők (HNO 3 3H 2 O), már -78 C-on is megjelennek a PSzF-ekben felgyűlnek a klór- és brómvegyületek tavasszal felengednek UV sugárzás hatására a vegyületek átmenetileg felbomlanak ózont lebontják visszaalakulnak megmaradva újrakezdhetik a katalizátor szerepüket! Az ózon éves változása a D-i pólus közelében: az ózon maximuma (280 Dobson) a nyári félév folyamán (dec.-jan.!), km-en (-40 C-nál melegebb van a magasban) ősz-tél: besugárzás csökken, igen lassan csökken az ózontartalom is, km felett mínusz C PSzF-kben megkötődnek a CFC-k tavasz eleje (szept.!): 220 Dobson körüli az ózon hőmérséklet km-en gyorsan emelkedik PSzF-kből CFC-k felszabadulnak hirtelen, két hét alatt lecsökken az ózon 120 Dobsonra, majd lassan tovább csökken, km-en teljesen meg is semmisülhet nyárhoz közeledve nő a besugárzás nő az ózonképződés is nyár eleje 250 Dobson körül 19

20 Az ozonoszféra (ózonpajzs) sérülése Ózonlyuk 2002 szeptemberében az Antarktisz felett az É-i pólus közelében: nincs akkora lehűlés, mint az Antarktiszon rövidebb ideig vannak csak PSzF-k kevesebb CFC tud megkötődni eljutnak a déli területekre is (pedig az É-i féltekén képződik több ózonkárosító anyag!) telén nagy hideg volt: az É-i félgömb 45%-ára kiterjedő ózonvékonyodást észleltek Arktisz felett 37%-kal csökkent Nagy-Britannia felett 47%-kal csökkent az ózonréteg vastagsága febr-ban 2004 tavasz: 60%-os ózonfogyatkozás 700 millió embert veszélyeztetne egy antarktiszi méretű ózonlyuk legnagyobb ózonlyuk : Déli-sark körüli területeken 29 millió km ban, 85 Dobson (1998-ban: 26 millió km 2 ) az üvegházhatás elősegítheti az ózonréteg vékonyodását, mert a troposzférában bekövetkező melegedés a sztratoszférában lehűlést eredményez ( hosszabb ideig létező PSzF-k) Ózon-egyezmények Az ózonkárosító anyagok kibocsátásának feltételezett alakulása az egyes nemzetközi egyezmények életbe lépését követően 1985 Bécs: keretegyezmény az ózonkárosító anyagok korlátozásáról ez volt az első átfogó egyezmény, ami egy globális környezeti problémában megállapodásra vezetett, mielőtt annak konkrét káros hatását az emberiség elszenvedte volna 1987 Montreali jegyzőkönyv: konkrét kötelezettségek: 5 freonvegyület esetében 1986-os szinten való korlátozás, ig 20%-os, 1998-ig 50%-os csökkentési kötelezettség 1990 London: metil-bromoform, szén-tetraklorid is korlátozásra kerül, korlátozási határidőket előbbre hoznak 1992 Koppenhága: halonokat 1994-ig, a többieket 1996-ig ki kell váltani, korlátozandó anyagok köre is bővült (HCFC, HBFC, metil-bromid) 1995 Bécs fejlődő országokra is érvényes határidők 1999 Peking A legfontosabb ózonkárosítók termelése ( ) (Forrás: AFEAS) Forrás:

21 Az atmoszférikus klór és bróm koncentrációjának változása a légkörben (Forrás: NOAA CMDL) Ózon-eredmények az egyre szigorodó egyezmények hatására megállt az ózonkárosító anyagok kibocsátásának növekedése, majd csökkenő kibocsátás az ózonlyuk mérete és megjelenésének időtartama változatos: 1990-es évek: 22,5 millió km szept ,9 millió km es évek eleje: csökken szept.: 29,5 millió km szept. 22.: 21,2 millió km szept-okt. 21,0 millió km 2 néhány fejlődőnek minősített, de jelentős növekedést mutató országnak nyújtott felmentés veszélyes lehet (pl. Kína) vulkanizmus: kénvegyületek PSzF-k kondenzációs magjaként szolgálnak A NASA tudósai szerint szerepet játszik az ózonlyuk méretének csökkenésében az is, hogy az Antarktisz felett a sztratoszféra alsóbb rétegeiben magasabb lett a hőmérséklet szeptemberében az ózonlyuk mérete megközelítőleg 29,5 millió km² volt forrás: A Déli-sark feletti ózonkoncentráció 2013 szeptember 16-án (ózonlyuk: 21 millió km 2 ) Antarktisz, hosszú távú trend The graphs above show the variations of ozone from year to year. The red bars indicate the largest area and the lowest minimum value

22 Savas esők Savas esők nem egységes globális probléma, hanem nagy területekre kiterjedő regionális problémák együttese elsősorban ipari és urbanizált területeken már a 17. szd-ban is észlelték, 1970-es években terjedt el a köztudatban normál csapadék: ph = 5-6,5 savas eső: ph < 5 Okai: 60-70%-ban a kén: égetésekor SO 2 SO 3 vízben oldva kénsav (H 2 SO 4 ) nitrogén-oxidok oldva: salétromsav (HNO 3 ), salétromossav (HNO 2 ) klór HCl (szénfajtákból) szennyezések hatásterülete: szélirányoknak megfelelően SO 2 : km, NO x : még nagyobb távolságra eljut Skandináv országok savas esői: javarészt brit szennyezések; Japán savas esői: 1/3-a Kínából az esőben oldott anyagok mennyisége függ az esőcseppek méretétől, élettartamától, hőmérsékletétől felhő savasabb, mint az eső; eső savasabb, mint a hó; nyári zivatar savasabb, mint a csendes eső a hóban a savak felhalmozódhatnak, olvadáskor fejtik ki hatásukat száraz ülepedéssel is: levegőből kiülepedve, később nedvességgel érintkezve (pl. nyálkahártya) fejtik ki hatásukat A savas esők hatásai kiülepedve károsítják a növényeket, építményeket, embert (táplálékláncon keresztül) tavak ph-ját lecsökkentik élőviláguk is kipusztulhat pl. Kanada 300 ezer tavából 14 ezerben a halállomány átalakult a savas esők hatására Svédország 85 ezer 1 ha-nál nagyobb tavából 14 ezer már jelentősen savasodott talajok elsavanyítása: Ca-, Mg-sók, egyéb tápanyagok kilúgozódhatnak, nehézfémek felvehető állapotba kerülhetnek, talajbaktériumok és férgek elpusztulnak stb. a talajon élő élővilág is lassan károsodik pl. Németo.: fenyők, Mo.: lombos erdők károsodása zuzmók: bioindikátorok

23 Néhány halfaj alkalmazkodóképessége a víz ph-változásához (USEPA) A védekezés lehetőségei energiafelhasználás drasztikus csökkentése olajok, szenek kéntartalmának csökkentése technológiai változtatások, új technológiák szűrőberendezések savasodást tűrő (növény)fajok speciális védőbevonatok előállítása, alkalmazása Egyezmények, programok a levegőminőség javítására Egyezmények, programok a levegőminőség javítására (folyt.) 1979 Genf: egyezmény az országhatárokon átterjedő, nagy távolságokra eljutó légszennyeződésekről (2003-ig: 48 ország és az EU ratifikálta) (időközben folyamatos szigorítások) a savas esőket okozó szennyezőanyagok kibocsátásának csökkentése, adatszolgáltatás, monitorozás 1984: Európai Monitoring és Értékelési Program: S, N, VOC emissziós és immissziós adatok gyűjtése 1985 Helsinki: kénkibocsátások 30%-os csökkentése 1993-ig az 1980-as szinthez viszonyítva 1988 Szófia: NO x : 1987-es szintet 1994-re nem szabad meghaladni 1991 Genf: illékony szerves vegyületek (VOC) (fotokémiai szmoghoz járulnak hozzá) kibocsátásának szabályozása 1994 Oslói Jegyzőkönyv: kénkibocsátások szigorítása 1998 Aarhus-i Jegyzőkönyv (Dánia): Pb, Cd, Hg emissziójának csökkentése (minél inkább kiváltani a felhasználásukat) Jegyzőkönyv a hosszú élettartamú (perzisztens) szerves anyagok korlátozásáról (szervezetben felhalmozódnak) 1999 Gothenburgi Jegyzőkönyv (Svédo.): savasodás, eutrofizáció, felszín közeli ózon az országok nagy része jól halad a vállalások teljesítésével, túlteljesítés is van 1990-től USA: savas eső program : SO 2, NO x emisszió csökkentése 2010-ig az as szint alá (Kanada is csatlakozott) A légkör kéndioxid-szennyezettségének változás az USA-ban (EPA 2006 alapján) A levegő kéntartalmának változása Európában (mg/m 3 ) (Forrás: EMEP 2006) 23

24 Az NO x -kibocsátások alakulása az USA-ban ( ) (Forrás: EPA 2006) a jelentős beavatkozások eredményeként környezetjavulás Európában és É-Amerikában a probléma súlypontja áttolódott Ázsiába 1999: a Föld 15 legszennyezettebb városa Ázsiában található SO 2 alapján: 19-ből 15 legnagyobb szennyezettségű nagyváros Ázsiában (az 1-4. is!) legszennyezettebb levegőjű városok rangsora: Új-Delhi, Peking, Katmandu, Dakka itt még nincsenek kibocsátási egyezmények, a nemzetközi ellenőrzés is most alakul csak ki Japán: gyorsan növekvő kínai szennyezésektől szenved 24