Затоплянето на климата и неговите последствия

Наблюденията и сравнително точните измервания от 1866г до наши дни показват, че средните годишни температури постепенно са се покачвали. Ако през 1866г средната годишна температура е била около 14,5°С, то през 1995г тя е 15,4°С. Разликата е почти 1°. Покачването се запазва и днес и то с увеличаващи се темпове. Това днес се приема като неоспорим факт. На пръв поглед този факт като че ли не представлява нищо обезпокоително. Анализът на тенденциите и възможните последици обаче започват да предизвикват нарастващо безпокойство. Избухването на огромни пожари в много райони на света, на места остро засушаване и големи летни горещини на други - проливни дъждове и наводнения, повдигането на общо планетното морско равнище и други, се оказаха в непосредствена зависимост от затоплянето на климата на планетата и бяха вече отдавна предсказани. Тенденцията този процес да продължи не може да не предизвика безпокойство. Нужно е да се разкрият причините за това явление и евентуално да се вземат мерки то да спре.

Атмосферата

Това е въздушната обвивка на нашата планета. Състои се от различни газове. Преобладава азотът (78%), на второ място е кислородът (21%) и само 1% са тъй наречените благородни газове, сред които най-много е аргонът (0,93%). Освен тях в атмосферата се намират и различни други газове, като водни пари (около 4%), въглероден диоксид (0,036%), метан, амоняк, серен диоксид, азотни оксиди и други. Тяхното съдържание е различно и зависи от мястото, където става измерването. Водните пари се намират най-вече над водните басейни - морета и океани, над влажните долини. Те са по-малко над пустинните области, където валежите са малко.

Въглеродния диоксид, който се получава при изгаряне на органични материи - въглища, бензин и други, е повече над градовете с интензивно автомобилно движение и центровете за производство на електро- и топлоенергия чрез изгаряне на въглища, мазут и прочие.

Метанът се получава при анаеробно гниене, за това се отделя от блатата и сметищата, но и от земните недра, където се е получил преди милиони години като придружаващ процес на образуването на въглища и нефт.

Земната атмосфера има окислителен характер. Запалената органична материя изгаря буйно. В миналото на земята е преобладавало въглеродния диоксид, който постепенно е бил трансформиран от зелените растения в огранично вещество с отделяне на кислород. Огромни количества въгрелоден диоксид са били минерализирани от микро- и макроорганизми във водните басейни като е бил свързан с калция под формата на варовик, от който са изградени милиарди черупки на различни морски организми - мидички, охлюви и други, формиращи дебели пластове от варовикови скали на дъната на окенаи и морета. И сега огромни количества от въглероден диоксид се намират разтворени във водите.

Атмосферата има различна плътност. Най-плътна е тя над земната повърхност, като на брега на морето налягането е 760мм живачен стълб или една атмосфера. С отдалечаването от повърхността налягането постепенно намалява и някъде около 1000км практически се изравнява с това на междузвездното пространство, където то има нищожната стойност от 10 ^-14мм живачен стълб.

До 100км над земната повърхност процентното съдържание на атмосферните газове остава постоянно. На по-големи височини преобладават леки компоненти, а в космическото пространство преобладава водорода (95%). Общата маса на газовете в атмосферата се оценява на огромно число 5.10 ¹⁵т.

Що е парников ефект

Земята е едно топло тяло. Навътре от земната повърхност температурата непрекъснато се повишава. Високата температура в земните недра се дължи вероятно на ядрените процеси остнали при формирането на нашата планета след извършването, според някои учени, на ядрен взрив в близост до слънчето на една почти угаснала звезда. На повърхността обаче температурата се определя предимно от слънчевото греене. Слънцето непрекъснато изпраща към земята лъчиста енергия годишно около 1kw.ч/м². Почти 30% от тази енергия не достига повърхността на земята. Тя се отразява от облаците и от милиарди прахолинки носещи се в атмосферата. От останалата част 23% се поглъща от хидрологическия цикъл. Тя се изразходва за изпарение на водата от водните басейни, след което се формират облаците и се образуват валежи. Останалата част нагрява сушата. Само 0,2% отива за формирането на ветрова енергия и едва 0,02% се използва от зелените растения за фотосинтезата на органичната материя.

Всяко топло тяло излъчва енергия. В края на краищата почти цялата, паднала на земната повърхност , слънчева енергия се връща обратно в космоса. Тук обаче са съществени две явления: енергията, която слънцето изпраща отговаря на спектъра на тялото, нагрято около 6000°, каквато е температурата на слънчевата повърхност. Погълнатата от земната повърхност енергия се трансформира и се излъчва със спектъра на тяло с температура на околната среда с абсолютна температура около 300°К. Само част от излъчената от повърхността на Земята лъчиста енергия се връща направо в космоса. Една значителна част се поглъща от молекулите на някои от атмосферните газове. Те задържат енергията макар и за кратко време и отново я излачват на всички посоки. Може да се счита, че почти половината от излъчената от молекулите на тези газове топлинна енергия се връща на земята, след което отново се излъчва и т.н. Това означава, че първоначално излъчената слънчева енергия, паднала върху земната повърхност, преди да се излъчи обратно в космоса извество време циркулира между молекулите на тези газове и повърхността, като сгрява атмосферата, особено в приземните слоеве. Това сгряване се нарича естествен парников ефект, а участващите в този процес газове - парникови газове. Главните съставки на атмосферата - азотът, кислородът и благородните газове не участват в парниковия ефект. Без атмосфера с парникови газове на земната повърхност ще царят драстични разлики в температурите. През деня повърхността ще се нагрява до няколко десетки градуси, а през нощта ще пада до много ниски температури. При тези условия, подобни на Луната и Марс, съществуването на жива материя е много съмнително.

Както видяхме, днес средногодишната температура е около +15,4°С. Без атмосфера, без това огромно въздушно одеяло, средногодишно земна температура би била - 18°С.

Оказа се, че постепенното затопляне на атмосферата е свързано преди всичко с непрекъснатото увеличавене на съдържание на въглеродния диоксид в нея. През последните 160хил години концентрацията на този газ в атмосферата не се е променило. То е било малко повече от 0,20%. Преди само около 250 - 300години, с навлизането на човечеството в индустриалната ера за сметка на изгарянето на химически горива във все по-големи количества, използвани за енергопроизводство и за огрев на бързо увеличаващото се население на света, концентрацията на този газ в атмосферата започва видимо да нараства. Следната таблица показва как концентрацията на въглеродния диоксид нараства през нашия век. Днес тя е повече от 0,036%. Въглеродния диоксид е главният причинител на парниковия ефект.

Годишното му увеличение е около 2,5 - 3% в резултат на продължаващото индустриализиране на страните и бързото разпространение на автомобилите. Днес в света се изгарят около 4,5млр въглища, около 3млр нефт и нефтопродукти, милиарди кубически метри газ, голямо неопределено количество дърва, торф, нефтошисти и др. Ако нищо съществено не се измени в света през следващия век нарастването на концентрацията на СО² в атмосферата може да достигне 20 и повече процента годишно. Основният проблем е да се намери алтернатива на химическите горива.

Освен въглеродния диоксид, парников ефект имат и водните пари, метана, фреоните и други. При повишаване на температурата съдържанието на водни пари в атмосферата ще нараства. Ще се интензифицират гнилостните процеси, произвеждащи метан. Всичко това ще усилва парниковият ефект. Единствено намаляването на употребата на фреоните, които са 18хил пъти по-активни СО² от и бяха забранени, ще има отрицателен ефект за прогресиращото затопляне.

Геологическо състояние на проблема

За да се преодолеят негативните последици за човечеството от парниковият ефект трябва да се намали емисията на парникови газове, особено на СО². Изчислява се, че това намаление трябва да е около 6млр тона годишно.

Междуправителствения съвет (IPCC) по климатични промени показва, че ако не бъде ограничено отделянето на вредни газове в атмосферата в бъдеще ще стане световно затопляне, каквото не е било през последните 10хил години. Сроковете на промяна на температурата са твърде кратки, за да може човечеството да се приспособи към новите условия, нещо което ще създаде големи трудности на бъдещите поколения. IPCC настоява за сериозно намаление на емисиите на вредни газове, а именно:

Вероятността такава програма да се изпълни е нищожна. Процентите обаче сочат, че учените и политиците трябва да дадът бързи и ефикасни решения. Макар, че на всички са ясни последиците, все още няма съгласие и воля за истински и ефективни действия. Всички страни се надпреварват в индустриализацията си, особено някои от развиващите се като Китай, Индия и други, изгарят се все повече въглища и други химически горива, което води до увеличаването на парниковият ефект и последствията от него. В последният (за 1997г) отчетен доклад наречене “Състоянието на планетата” на американският институт Уърлдуоч се дава следната таблица, съдържаща главните замърсители на планетната атмосфера с въглеродни газове.

Емисия на въглерод от изгарянето на изкопаеми горива за 1995г

От таблицата се вижда, че САЩ си остава най-големият замърсител с парникови газове, като нарастването спрямо предходният период е 6,2%. Само Русия и Германия са намалили значително своите емисии. Русия, поради срив в икономиката, и Германия, поради взетите специални мерки в това число затварянето на редица замърсяващи предприятия от бившата ГДР. Прави впечатление, че световните гиганти Китай, Индия, Индонезия, Бразилия увеличават главоломно изпускането на парникови газове --от 19,8 до 38,8%. Само за 5години, което е свързано с тяхната бърза индустриализация и демографски взрив. Особено това важи за Китай, чийто БВП ежегодно се увеличава с 10%, а въпреки взетите мерки поради т.нар. демографска инерция, годишният прираст на населението е около 14млн души. Китай бързо се индустриализира като енергопроизводството му се базира на все по-големи количества въглища, а следващото деситилетие по шосетата му ще се движат 10пъти повече автомобили. Китай излезе на второ място по емисията на парникови газове и неговият дял в бъдеще ще расте.

Не може да се каже, че световната общественост се отнасяла безразлично и не се е опитвала да предприеме мерки за отстраняване на надвисналата опасност. Напротив, затоплянето на климата и възможните последствия са били под вниманието на много учени и политици, които са предприемали действия с оглед най-напред да си изяснят причините и особено да се намалят ефектите на парниковите газове.

Още през 1988г Световната метеорологическа организация съвместно с програмата за околната среда на ООН създаде Междуправителствения съвет по изменения на климата, който бързо разви твърде полезна дейност. Веднага след международната конференция на ООН в Рио де Женейро по развитието и замърсяването на околната среда в Ню Йорк бе приета Рамкова конвенция на ООН по изменение на климата. През 1994г в Берлин се състоя първата сесия на страните от Конвенцията, която прие редица решения. Темата за затоплянето на климата присъстваше на повечето форуми с международно значение поради нейният изключителен характер за бъдещето на човечеството. Днес това е може би действително един от най-важните проблеми свързани с оцеляването на човешката цивилизация.

Не отдавна, през декември 1997г, се състоя отново сесия на страните от Конвенцията, в която участваха над 150страни и която прие отново протокол със съответните решения. Съгласно анекс В от този протокол 40страни членки на ООН, между които и България, приемат количествени задължения за намаляване или ограничаване на замърсяващи емисии, причиняващи затопляне на климата. Прави впечатление, че 2 страни - Австралия и Норвегия, се “задължават” да увеличат емисиите си с 8, респективно с 1% спрямо предходния период. Исландия, Русия и Украйна въобще не ще ги намаляват. Канада, Унгария, Полша и Япония ще намалят емисиите си с 5 - 6%, САЩ - 7%, а България с 8%. Никъде в протокола не е дадена обосновка защо това е така.

Прави впечатление, че големите страни - замърсители, като Китай, Индия и Индонезия, които бързо и драстично увеличават участието си в замърсяването изобщо не фигурират в списъка и следователно не са поели никакви ангажименти по решенията на протокала. Очевидно техните национални интереси диктуват да не съкращават емисиите си, а да ги увеличават. Всичко това показва, че приетите до сега подходи не са ефикасни и няма изгледи те да доведат до решаване на проблема. Вярно е, че изпълнението на тези решения всъщност се отнася за периода 2008 - 2012г и това ни дава основание да си пожелаем нови, по-реални изпълними решения. Засега за съжаление може да се констатира, че светът върви стремглаво към увеличаване на парниковият ефект, че светът го очакват катаклизми, които ще струват много скъпо на идните поколения.

Алтернативите

Наивно е да се мисли, че светът ще се спаси от последствията на парниковият ефект, ако по-нататъшният растеж на световната икономика се базира на химически, енергийни източници. Много лесно може да се пресметне, че ако човечеството остане с днешния брой хора, но достигне днешното равнище на благосъстояние на средния американец, то енергопроизводството ще трябва да се увеличи около 22пъти. Ако това стане за сметка на изгарянето на химически горива, то нашана цивилизация ще загине много по-рано от парниковият ефект.

Един от бързите изходи е бързото създаване на енергоспестяващи технологии и тяхното внедряване в практиката. Преди може би 20години американската администрация бе създала програма, според която към 2000г енергопроизводството на САЩ не ще се увеличи, но техническия прогрес ще подхранва икономическия растеж с енергоспестяващи технологии. По всичко изглежда, че тази мечта не се е осъществила, макар че идеята заслужава адмирации.

Генералното решение на проблема е намирането на алтернативни на химическите горива източници на енергия, които постепенно да ги заменят. Иначе парниковият ефект ще се окаже онази бариера, която ще лимитира икономическия растеж на човечеството, ако то все пак не иска да загине.

Засега като голяма алтернатива е атомната енергия, основаваща се на делението на уран 235 и плутоний 239. В някои страни като Франция атомните централи осигуряват около 80% от енергопроизводството. Атомната енергия дава на България около 40% от нужната ни електроенергия. Независимо от усъвършенстваните системи на обезопасяване на атомните електроцентрали, след катастрофата на Чернобил, пък и станалите други аварии в атомни централи, у хората се създава до голяма степен отрицателно отношение към ядрената енергетика. От друга страна се оказа, че запасите от уранови руди не са много големи и след 2-3деситилетия, ако не настъпят промени, атомната енергетика просто ще затихне.

Не може да се разчета на изключителната алтернатива - управляемия термоядрения синтез, реализиран само в лабораторни условия. Прогнозите не сочат бързи технически решения поне в следващите две деситилетия.

Напоследък се забелязва ориентация към алтернативни енергоизточници, които днес заемат нищожна част от енергийния баланс на Планетата.

“Въпреки, че в продължение на две деситилетия слънчевата и вятърната енергия са били на вниманието на учени, предприемачи и мечтатели никога не е имало изгледи те да заемат голяма част от основния енергиен пазар… През 1994г бяха направени серия разработки, показващи, че е дошло времето слънчевата и вятърната енергия да конкурират на пълно течните горива.” - пише Флавин в “Състоянието на Планетата - 1995г” годишният отчет на американския институт “Уърлдуоч. Става дума за огромни проекти в Индия, Китай, Германия и Аржентина за изграждане на големи вятърни турбини и за слънчеви батерии колектори, разположени върху къщите на много страни от Швейцария до Шри-Ланка.

В Дания вече работят над 4000 вятърни турбини, които произвеждат около 3% от нужната енергия на тази страна. В Калифорния - САЩ, работят около 20 000 турбини. Това е само началото, тъй като през 1993г в света е имало само 20 000 такива съоръжения, които са произвеждали 3000 МW електроенергия. Днес все още произвежданата от вятъра енергия струва 7 - 8 цента за киловат/час, но тенденцията за намаление е налице и се смята, че тя скоро ще стигне произвежданата от химическите горива енергия, която струва 4 - 6 цента за кв.ч. Както бе изтъкнато днес само около 0,1% от добиваната в света енергия се дължи на възобновяемата енергия на ветровете, която при това е “екологично чиста”. Чрез усъвършенстването на мащабни проекти нейният дял бързо ще нараства, като има надежда още в началото на 21век да достигне 3 - 4 цента за кв.ч. и стане конкурентно способна по отношение енергията добивана от газ или въглища.

Другата възможност, която вече добива перспектива е директното превръщане на слънчевата енергия в топлинна или електричество. Отдавна предимно в редица южни страни се използва така наречените слънчеви колектори, чрез които се нагрява вода за домакински и други нужди. Тук научните и техническите проблеми отдавна са решени. В Кипър почти няма градска и селска къща на покрива на която да не е монтиран слънчев колектор. Единствено ниската цена на електрическия бойлер до скоро много евтината електроенергия възпрепятстваха широкото разпространение на това просто и екологическо често съоръжение в България. Вярно е, че в България слънчевите дни са по-малко, но поне половината от годината то би могло да се използва. Нещата обаче се променят и вероятно скоро слънчевия колектор ще се разпространи по-широко у нас.

1

1