Zmiana klimatu a powietrze

W 2009 r. wspólny zespół składający się z brytyjskich i niemieckich naukowców przeprowadził badanie u wybrzeży Norwegii, stosując typ sonaru zazwyczaj wykorzystywany przy poszukiwaniu ławic ryb. Zespół nie poszukiwał jednak ryb, ale zajmował się obserwowaniem uwalniania jednego z najsilniejszych gazów cieplarnianych, metanu, z „topiącego się” dna morskiego. Ustalenia badaczy stanowiły tylko jedno spośród długiego ciągu ostrzeżeń przed potencjalnymi konsekwencjami zmiany klimatu.

Na obszarach zlokalizowanych w pobliżu biegunów część powierzchni lądów lub dna morskiego jest trwale zamrożona. Zgodnie z niektórymi szacunkami warstwa ta – nazywana marzłocią wieczną – zawiera dwukrotnie więcej węgla, niż ilość, jaka znajduje się obecnie w atmosferze. W przypadku ocieplenia się klimatu węgiel ten może zostać uwolniony z gnijącej biomasy w postaci dwutlenku węgla lub metanu.

„Metan to gaz cieplarniany, którego siła oddziaływania jest prawie 20-krotnie większa, niż siła oddziaływania dwutlenku węgla”, ostrzega profesor Peter Wadhams z Uniwersytetu w Cambridge. „Dlatego też obecnie grozi nam dalsze pogłębianie się zjawiska globalnego ocieplenia i jeszcze szybsze topnienie pokrywy lodowej na Oceanie Arktycznym.

Emisje metanu są generowane wskutek działalności człowieka (głównie w sektorze rolnictwa, energii i gospodarowania odpadami), pochodzą także ze źródeł naturalnych. Po jego uwolnieniu do atmosfery metan utrzymuje się w niej przez około 12 lat. Choć uznaje się go za stosunkowo krótkotrwały gaz, jego trwałość jest wystarczająco duża, aby mógł zostać przeniesiony do innych regionów. Poza faktem, że metan jest uznawany za gaz cieplarniany, przyczynia się również do powstawania ozonu w warstwie przyziemnej, który sam w sobie stanowi poważny związek zanieczyszczający, wywierający wpływ na zdrowie człowieka i na środowisko w Europie.

Pył zawieszony może powodować ocieplenie lub ochłodzenie klimatu

Dwutlenek węgla może stanowić najistotniejszy czynnik przyczyniający się do zmiany klimatu, ale nie jest on jedynym takim czynnikiem. Wiele innych związków gazowych lub stałych, zwanych „czynnikami klimatycznymi”, wywiera wpływ na ilość energii słonecznej (w tym ciepła), którą Ziemia zatrzymuje, oraz na ilość energii, która jest wysyłana z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Do czynników klimatycznych zalicza się najważniejsze zanieczyszczenia powietrza, takie jak ozon, metan, pył zawieszony i podtlenek azotu.

Pył zawieszony jest złożonym czynnikiem zanieczyszczającym. W zależności od jego składu może wywierać ochładzający lub ocieplający wpływ na klimat lokalny i globalny. Na przykład węgiel „black carbon”, stanowiący jeden ze składników drobnego pyłu zawieszonego (PM) i powstający jako produkt niezupełnego spalania paliw, wchłania promieniowanie słoneczne i podczerwone w atmosferze, wpływając na ocieplenie klimatu.

Inne rodzaje PM zawierające związki siarki lub azotu wywierają odwrotny wpływ. Z reguły działają one jak małe lusterka odbijające energię słoneczną, co w konsekwencji prowadzi do ochładzania się klimatu. Najprościej rzecz biorąc, wszystko zależy od koloru danej cząstki. „Białe” cząstki zazwyczaj odbijają światło słoneczne, natomiast „czarne” lub „brązowe” cząstki pochłaniają je.

Podobne zjawisko można zaobserwować na lądzie. Niektóre cząstki osadzają się wraz z opadami deszczu lub śniegu lub po prostu osiadają na powierzchni ziemi. Węgiel typu „black carbon” może jednak zostać przeniesiony stosunkowo daleko od swojego miejsca pochodzenia i osiąść na śniegu i pokrywie lodowej. W ostatnich latach ilość  węgla typu „black carbon” osadzającego się w regionie arktycznym spowodowała zaciemnienie białych powierzchni, doprowadzając do zmniejszenia ich współczynnika odbicia, co oznacza, że nasza planeta zatrzymuje większą ilość ciepła. To dodatkowe ciepło sprawia, że rozmiar białych powierzchni w regionie arktycznym coraz szybciej się zmniejsza.

Co ciekawe, wiele procesów klimatycznych jest wywoływanych nie oddziaływaniem głównych składników występujących w atmosferze, ale wpływem niektórych gazów, które występują w niej wyłącznie w bardzo niewielkiej ilości. Poziom stężenia dwutlenku węgla, najpowszechniejszego spośród tych tzw. gazów śladowych, w powietrzu wynosi zaledwie 0,0391%. Wszelkie zmiany tych bardzo małych ilości gazów mogą wpłynąć na zmianę naszego klimatu.

Więcej czy mniej deszczu?

„Kolor” cząsteczek zawieszonych w powietrzu lub osadzających się na ziemi nie jest jedyną ich właściwością, która może wywrzeć wpływ na klimat. Powietrze składa się częściowo z pary wodnej – drobnych cząsteczek wody zawieszonych w powietrzu. Chmury są bardziej skondensowaną formą pary wodnej. Cząsteczki te odgrywają istotną rolę w procesie tworzenia chmur; wpływają na ich trwałość oraz zdolność odbijania promieniowania słonecznego; określają rodzaj opadów generowanych przez daną chmurę, miejsce występowania tych opadów itp. Jest oczywiste, że chmury mają kluczowe znaczenie dla naszego klimatu; stężenie i skład pyłu zawieszonego może wpłynąć na termin występowania i rozmieszczenie tradycyjnych układów opadów atmosferycznych.

Zmiany obfitości i częstotliwości występowania opadów wiążą się z realnymi kosztami gospodarczymi i społecznymi, ponieważ z reguły wywierają wpływ na globalną produkcję żywności i w konsekwencji na jej cenę.

W raporcie EEA pt. „Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2012” wykazano, że zmiana klimatu wywiera wpływ na wszystkie regiony Europy, wywołując szeroki zakres skutków dla społeczeństwa, ekosystemów i zdrowia człowieka. Zgodnie z informacjami przedstawionymi w sprawozdaniu, w Europie odnotowano wzrost średnich temperatur, któremu towarzyszył spadek ilości opadów w południowych regionach kontynentu oraz ich wzrost w jego północnej części. Ponadto pokrywa lodowa i lodowce topnieją, a poziom mórz wzrasta. Przewiduje się, że wszystkie te tendencje będą również występowały w przyszłości.

(c) Dovile Zubyte, ImaginAIR/EEA

Związek między zmianą klimatu a jakością powietrza

Choć nie dysponujemy pełną wiedzą na temat wpływu zmiany klimatu na jakość powietrza i odwrotnie, przeprowadzone niedawno badania wskazują, że związek między tymi dwoma zjawiskami może być silniejszy, niż dotychczas sądzono. W swoich ocenach z 2007 r. Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu – organ międzynarodowy ustanowiony w celu oceniania zmiany klimatu – przewiduje, że w przyszłości jakość powietrza w miastach pogorszy się wskutek zmiany klimatu.

Wedługopracowanych prognoz zmiana klimatu wpłynie na pogodę w wielu regionach na całym świecie, w tym również na częstotliwość występowania fal upałów i okresów zastoju powietrza. Większa ilość światła słonecznego i wyższe temperatury mogą nie tylko wydłużyć okres utrzymywania się podwyższonego poziomu ozonu, ale mogą również wpłynąć na zwiększenie maksymalnego poziomu stężenia ozonu w powietrzu. Z całą pewnością nie można uznać tych informacji za dobrą wiadomość dla południowej Europy, która już obecnie zmaga się z przypadkami występowania nadmiernego stężenia ozonu w warstwie przyziemnej.

W ramach międzynarodowych dyskusji poświęconych ograniczaniu zjawiska zmiany klimatu uzgodniono, że należy ograniczyć wzrost średniej temperatury globalnej do 2° Celsjusza powyżej poziomu odnotowywanego w epoce przedindustrialnej. Obecnie trudno jednoznacznie stwierdzić, czy uda się zmniejszyć globalny poziom emisji gazów cieplarnianych w stopniu wystarczającym do osiągnięcia wyznaczonego celu podwyższenia temperatury o maksymalnie 2 stopnie. W oparciu o szereg różnych krzywych emisji, w ramach Programu Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska zidentyfikowano luki między aktualnymi zobowiązaniami w zakresie zmniejszania poziomu emisji a cięciami, które należy wprowadzić, aby osiągnięcie wyznaczonego celu było możliwe. Oczywiste jest, że należy podjąć dodatkowe działania służące dalszemu zmniejszaniu poziomu emisji, aby zwiększyć nasze szanse na ograniczenie wzrostu temperatury o maksymalnie 2 stopnie.

Według opracowanych prognoz temperatura w niektórych regionach – np. w regionie arktycznym – wzrośnie w znacznie większym stopniu. Wyższe temperatury powietrza zarówno nad lądami, jak i nad oceanami, prawdopodobnie wpłyną na poziom wilgotności w atmosferze, co może z kolei doprowadzić do zmiany schematu występowania opadów atmosferycznych. Dokładny charakter zależności między wyższym lub niższym stężeniem pary wodnej w atmosferze a schematem występowania opadów atmosferycznych lub zmianą globalnego czy lokalnego klimatu nie jest jeszcze znany.

Waga konsekwencji wynikających ze zmiany klimatu będzie jednak częściowo uzależniona od tego, w jaki sposób różne regiony dostosują się do tej zmiany. Działania dostosowawcze – począwszy od usprawnienia miejskiego planowania przestrzennego i dostosowania infrastruktury, np. budynków lub elementów infrastruktury transportowej – są już podejmowane w całej Europie, ale w przyszłości konieczne będzie ich nasilenie. Działania mające na celu dostosowanie się do zmiany klimatu mogą obejmować szeroki zakres środków. Na przykład sadzenie drzew i zwiększanie powierzchni terenów zielonych (parków) w miastach łagodzi negatywny wpływ fal upałów, często prowadząc również do poprawy jakości powietrza.

(c) Bojan Bonifacic, ImaginAIR/EEA

Realizacja scenariuszy przynoszących obopólne korzyści jest możliwa

Wiele czynników wpływających na klimat to powszechne substancje zanieczyszczające powietrze. Środki służące ograniczeniu emisji węgla („black carbon”), ozonu lub prekursorów ozonu są korzystne zarówno dla zdrowia człowieka, jak i dla klimatu. Gazy cieplarniane i zanieczyszczenia powietrza pochodzą z tych samych źródeł emisji. Dlatego też ograniczenie poziomu emisji dowolnego z tych czynników może przynieść potencjalne korzyści.

Unia Europejska dąży do wprowadzenia do 2050 r. bardziej konkurencyjnej gospodarki opierającej się w mniejszym stopniu na paliwach kopalnych i wywierającej mniejszy wpływ na środowisko. Mówiąc bardziej konkretnie, do 2050 r. Unia Europejska zamierza ograniczyć poziom emisji gazów cieplarnianych w UE o 80–95% w porównaniu z poziomem tych emisji z 1990 r.

Przejście na gospodarkę niskoemisyjną i znaczne zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych nie będzie jednak możliwe bez zmiany struktury zużycia energii w Unii. Wspomniane cele polityki koncentrują się na ograniczaniu końcowego zapotrzebowania na energię; zwiększaniu wydajności korzystania z energii; promowaniu energii odnawialnej (np. słonecznej, wiatrowej, geotermalnej i wodnej); oraz zmniejszaniu stopnia wykorzystania paliw kopalnych. Cele te obejmują również zwiększanie stopnia wykorzystania nowych technologii, takich jak proces wychwytywania i składowania dwutlenku węgla, w ramach którego emisje dwutlenku węgla generowane przez dany obiekt przemysłowy są wychwytywane i składowane pod ziemią, przeważnie w formacjach geologicznych, co zapobiega ich uwolnieniu do atmosfery.

Niektóre spośród tych technologii – w szczególności technologie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla – nie zawsze stanowią jednak najlepsze rozwiązanie w perspektywie długoterminowej. Niedopuszczenie do uwolnienia dużych ilości dwutlenku węgla do atmosfery w krótkim i średnim terminie ułatwia jednak prowadzenie działań służących łagodzeniu zmiany klimatu do momentu wprowadzenia długoterminowych zmian strukturalnych.

Liczne badania potwierdzają, że skuteczne prowadzenie polityki klimatycznej i polityki dotyczącej powietrza może przynieść korzyści w obydwu tych dziedzinach. Strategie służące zmniejszaniu poziomu zanieczyszczeń powietrza mogą ułatwić utrzymanie wzrostu średniej temperatury globalnej poniżej 2 stopni. Natomiast strategie klimatyczne koncentrujące się na ograniczaniu emisji sadzy i metanu mogą przyczynić się do ograniczenia szkodliwego wpływu na zdrowie człowieka i na środowisko.

Należy jednak zauważyć, że nie wszystkie strategie klimatyczne i strategie dotyczące jakości powietrza muszą wywierać na siebie korzystny wpływ. W tym kontekście ważną rolę odgrywa zastosowana technologia. Na przykład niektóre ze stosowanych technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla mogą przyczyniać się do poprawy jakości powietrza w Europie, podczas gdy inne nie. Podobnie zastępowanie paliw kopalnych biopaliwami może pomóc obniżyć poziom emisji gazów cieplarnianych i ułatwić osiągnięcie wyznaczonych celów klimatycznych. Takie działania mogą jednak jednocześnie doprowadzić do zwiększenia poziomu emisji pyłu zawieszonego lub innych rakotwórczych zanieczyszczeń powietrza, pogarszając tym samym jakość powietrza w Europie.

Stojące przed Europą wyzwanie polega na zagwarantowaniu, aby polityka klimatyczna i polityka dotycząca powietrza realizowana w kolejnym dziesięcioleciu zakładała promowanie i inwestowanie w scenariusze przynoszące obopólne korzyści oraz wspierała wykorzystywanie wzajemnie się wzmacniających technologii.

(c) Ivan Beshev, ImaginAIR/EEA

Więcej informacji

• Bazowy zestaw wskaźników EEA: CSI 013 on Atmospheric greenhouse gas concentrations
• Raport EEA nr 12/2012 – „Climate change, impacts and vulnerability in Europe 2012”
• Climate-ADAPT: portal internetowy zawierający informacje na temat procesu dostosowywania się do zmiany klimatu
• Pakiet klimatyczno-energetyczny UE
• UNEP –  Zintegrowana ocena  węgla typu “black carbon” i ozonu troposferycznego