Energiebalans van de aarde en radiatieve kracht van klimaatverandering
Lees dit artikel om meer te weten te komen over de energiebalans op aarde en de stralingsforcering van klimaatverandering.
Invoering:
Onze aarde ontvangt korte golfstralingen van de zon; een derde daarvan wordt gereflecteerd en de rest wordt geabsorbeerd door de atmosfeer, oceanen, land, ijs en biota. De energie die wordt geabsorbeerd door zonnestraling, wordt op lange termijn uitgebalanceerd door uitgaande straling van de aarde en zijn atmosfeer.
Maar de balans tussen de energie die wordt geabsorbeerd en uitgestraald als infrarood infrarode straling kan veranderen door vele natuurlijke factoren zoals de energie-output van de zon, langzame variaties in de aardbaan en antropogene factoren die het broeikaseffect veroorzaken, het broeikaseffect, de nucleaire winter en de uitputting van ozonlaag en ozongat op Antarctica. De absorptie van infrarode straling wordt over het algemeen radiatieve forcing genoemd.
Onze atmosfeer is verdeeld in verschillende horizontale lagen. Elk wordt gekenmerkt door de helling van zijn temperatuurprofiel. Beginnend vanaf het aardoppervlak worden deze lagen de troposfeer, stratosfeer, mesosfeer en thermosfeer genoemd. In troposfeer en mesosfeer neemt de temperatuur af met de hoogte, terwijl in de stratosfeer en de thermosfeer de temperatuur toeneemt met de hoogte.
De overgangshoogten die deze lagen scheiden, worden tropopauze, stratopauze en mesopauze genoemd. Meer dan 80% van de atmosfeermassa en alle waterdampwolken en neerslag komt voor in de troposfeer. Op de evenaar kan het ongeveer 18 km zijn, maar dalen tot 10-12 km op middelste breedtegraden en op palen kan het slechts ongeveer 5-6 km zijn. In de troposfeer neemt de temperatuur normaal gesproken met 5 tot 7 ° C per km af.
Dit gebied is meestal een zeer turbulente plaats omdat er sterke verticale bewegingen zijn die leiden tot een snelle en volledige menging van lucht. Deze menging verbetert de kwaliteit van de lucht omdat het de verschillende verontreinigende stoffen snel doet afnemen. Boven de troposfeer ligt de stratosphese, een stabiele laag droge lucht.
De verontreinigende stoffen die de stratosfeer binnendringen, kunnen daar nog vele jaren blijven voordat ze terug de troposfeer in worden gedreven, waar ze gemakkelijker worden afgevoerd en uiteindelijk worden verwijderd door bezinking of neerslag. In de stratosfeer worden kortegolf ultraviolette straling geabsorbeerd door ozon (O 3 ) en zuurstof (O 2 ), zodat de lucht wordt verwarmd. De resulterende temperatuurinversie veroorzaakt de stabiliteit van deze zone. Troposfeer en stratosfeer vormen samen ongeveer 99, 9% van de massa van de atmosfeer.
Na de stratosfeer ligt de mesosfeer. In deze regio mengt ook lucht vrij snel. Boven de mesosfeer is de thermosfeer. In de thermosfeer is de verwarming het gevolg van de absorptie van zonne-energie door atomaire zuurstof. In de thermosfeer wordt een dichte band van geladen deeltjes gevonden, de ionosfeer genoemd. Het reflecteert radiogolven terug naar de aarde, dus vóór de uitvinding van satellieten was de ionosfeer bijzonder belangrijk voor wereldwijde communicatie.
Broeikaseffect:
Korte golf zonnestralen met een golflengte van minder dan 3 μm kunnen gemakkelijk door de atmosfeer gaan, terwijl lange golf aardstralen uitgestraald door het aardoppervlak (meer dan 3 μm) gedeeltelijk worden geabsorbeerd door het aantal sporengassen in de atmosfeer. Deze sporengassen staan bekend als broeikasgassen. (BKG).
De belangrijkste broeikasgassen zijn kooldioxide (CO 2 ) methaan (CH 4 ) stikstofoxide (N 2 O), waterdamp en ozon (O 3 ) aanwezig in de troposfeer en de stratosfeer. Naast deze natuurlijke broeikasgassen in de afgelopen decennia zijn chloorfluorkoolstoffen (CFK's) en andere halogeenkoolstoffen ook toegevoegd aan de lijst, vanwege verschillende menselijke activiteiten.
Wanneer zonnestraling of kosmische straling door de atmosfeer gaat, worden ze beïnvloed door verschillende gassen en aerosolen in de lucht. Deze gassen kunnen de stralingsenergie of zonnestralen onbelemmerd doorlaten, of stralen door reflectie verspreiden of ze kunnen ze stoppen door deze binnenkomende straling te absorberen.
Op dezelfde manier absorberen deze gassen ook de uitgaande infraroodstraling (1R) die wordt uitgestraald door het aardoppervlak. De meeste van de langegolf thermische stralingen die door de aarde worden uitgezonden, worden geabsorbeerd door radioactief actieve broeikasgassen. Waterdamp (H 2 O), een zeer belangrijk broeikasgas, absorbeert sterk warmtestraling in minder dan 8 μm en meer dan 18 μm, evenals banden gecentreerd op 2, 7 μm en 4, 3 μm.
Tussen 7-12 μm atmosferisch venster wordt gevonden, dat een relatief heldere hemel is voor uitgaande aardstralen. Stralingen in deze golflengten gaan gemakkelijk door de atmosfeer behalve een kleine maar vrij belangrijke absorptieband tussen 9, 5 μm en 10, 6 μm, die geassocieerd is met ozon. Alle binnenkomende zonnestraling met een golflengte van minder dan 0, 3 μm oftewel ultraviolette (UV) straling wordt geabsorbeerd door zuurstof en ozon.
Deze absorptie van UV-straling vindt plaats in de stratosfeer, die het aardoppervlak afschermt van schadelijke ultraviolette straling. Radioactief actieve broeikasgassen absorberen de golflengte langer dan 4 μm. Door deze absorptie wordt de atmosfeer verwarmd, die vervolgens weer energie uitstraalt naar de aarde en de ruimte zoals weergegeven in het diagram (fig. 1). Deze broeikasgassen fungeren als de thermische deken over de hele wereld en verhogen de temperatuur van het aardoppervlak.
De term broeikaseffect is gebaseerd op het concept van conventionele glazen kas. Glas brengt de kortegolfzonnestraling gemakkelijk over in een groen huis en absorbeert alle langegolfstraling die wordt uitgestraald door de binnenkant van een kas. Deze stralingsinsluiting is gedeeltelijk verantwoordelijk voor de verhoogde temperaturen in de kas. Een groot deel van dit effect is alleen vanwege de vermindering van convectieve koeling van de binnenruimte veroorzaakt door de behuizing. Het verwarmen van het interieur van uw auto na het parkeren in de zon is een ander eenvoudig voorbeeld van een effect van een groen huis.
Als de aarde geen natuurlijk broeikaseffect zou hebben, zou de gemiddelde temperatuur -19 ° C zijn. We kunnen dus stellen dat het effect van het broeikaseffect verantwoordelijk is voor de opwarming van de aarde. Hoewel het broeikaseffect een natuurlijk fenomeen is en aanwezig was sinds onheuglijke tijden, maar na de Industriële Revolutie of we kunnen zeggen dat sinds de jaren 1950 als gevolg van snelle industrialisatie, het kappen van bossen voor landgebruik en, enorme toename van voertuigen enz. De hoeveelheid groen huis, gassen in het milieu zijn veelvuldig in aantal toegenomen, waardoor de temperatuur van de aarde veel sneller stijgt. Dit is een grote bron van zorg voor alle ontwikkelde en ontwikkelingslanden.
Radiatief forceren van klimaatverandering:
Hoewel het broeikaseffect een natuurlijk verschijnsel is, is het verantwoordelijk dat de temperatuur op aarde 34 ° C hoger is dan wanneer het geen stralingsactieve gassen in de atmosfeer had. Het is vrij duidelijk nu door de mens veroorzaakte bronnen van emissie van vele gassen en aerosolen het broeikaseffect beïnvloeden, wat leidt tot de onzekerheid in de voorspelling van toekomstig mondiaal klimaat. Zoals aangetoond in het model van de mondiale gemiddelde energiestroom
De binnenkomende zonne-energie die wordt geabsorbeerd door de aarde en zijn atmosfeer is 235 w / m 2, wat wordt gecompenseerd door 235 w / m 2, van uitgaande langegolfstraling. Als om wat voor reden dan ook een extra hoeveelheid energie wordt toegevoegd aan de binnenkomende stralingsenergie, dan zal dit evenwicht tijdelijk worden verstoord, met het verstrijken van de tijd zal het klimaatsysteem zich aanpassen aan die verandering door de oppervlaktetemperatuur van de ondergrond te verhogen of te verlagen. aarde, totdat het evenwicht is hersteld. Wiskundig kunnen we het proces als volgt weergeven. Aanvankelijk heeft het uitgebalanceerde systeem gelijke inkomende geabsorbeerde zonne-energie (Qab's) en uitgaande stralingsenergie (Qrad)
Wanneer het systeem wordt gestoord door stralingsforceren, dwz AF (w / m 2 ) naar de binnenkomende geabsorbeerde energie, zal met de tijd een nieuw evenwicht worden bereikt, zodat
hier verwijzen de delta's naar veranderingen in de hoeveelheid geabsorbeerde en stralende energieën. Bij aftrekken geeft 1 van 2 op
Tot nu toe hebben we het broeikaseffect als een natuurlijk fenomeen beschreven, waardoor de gemiddelde temperatuur op aarde 34 ° C hoger is dan wanneer het geen stralingsactieve gassen in de atmosfeer had. Het concept van stralingsforceren van klimaatverandering kan worden toegepast op de accumulatie van broeikasgassen (GHG's) in de atmosfeer waardoor het evenwicht tussen de binnenkomende zonnestraling en de uitgaande terrestrische straling wordt verstoord.
Het kan ook worden toegepast op veranderingen in aërosolen en zwevende deeltjes als gevolg van natuurlijke en door de mens gemaakte bronnen, uitputting van ozon in de stratosfeer, accumulatie van fotochemisch geproduceerde ozon in de troposfeer en variabiliteit in zonnestraling die de aardatmosfeer bereikt.
Vanwege deze factoren zijn zowel positieve als negatieve forcering mogelijk. Positieve forcering draagt bij aan het broeikaseffect, terwijl negatieve forcering bijdraagt aan de afkoeling van de aarde. Gassen en deeltjesvormig materiaal aanwezig in de atmosfeer zijn in staat om zowel directe als indirecte stralingsforceringseffecten uit te oefenen.
Direct forceren wordt veroorzaakt door stoffen in de atmosfeer die daadwerkelijk door een of andere bron zijn uitgestoten. Indirecte forcering's zijn die welke optreden wanneer die stoffen dergelijke andere atmosferische veranderingen veroorzaken die de stralings-eigenschappen van de atmosfeer beïnvloeden.
Aërosolen beïnvloeden bijvoorbeeld direct het forceren door de zonnestraling te absorberen of te reflecteren, terwijl ze ook indirect effect uitoefenen door veranderingen in het wolkendek te veroorzaken. Evenzo oefenen halokoolstoffen zoals chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) beide directe en indirecte effecten uit. Het directe effect van halogeenkoolwaterstoffen is een toename van de stralingsforcering omdat deze gassen, dat wil zeggen koolstof plus fluor, chloor en / of broom, de grote aardstralen van de aarde absorberen. Ze veroorzaken ook een indirect effect door ozon (O 3 ) in de stratosfeer te vernietigen.
De ozon wordt geabsorbeerd in het atmosferisch stralende venster in de middag, dus vernietiging van ozon opent het venster en laat de aarde gemakkelijker afkoelen, zodat we kunnen zeggen dat het directe effect van halogeenkoolstoffen bijdraagt aan de opwarming van de aarde, waar hun indirecte effect van het vernietigen van ozon helpt bij het koelen van de planeet. In de onderstaande tabel wordt een samenvatting gegeven van de huidige schattingen van stralingsforcering die worden veroorzaakt door de directe en indirecte effecten van broeikasgassen, aerosolen en zwevende deeltjes en zonnestraling.
De bijdragen van halogeenkoolstoffen zijn in deze figuur vereenvoudigd, omdat hun indirecte koeleffect dat geassocieerd is met de afbraak van ozon niet is opgenomen in de gegevens. Als deze indirecte effecten worden meegenomen, wordt de totale forcing van halogeenkoolstoffen feitelijk minder dan 11%. Nu zullen we in detail over deze belangrijkste broeikasgassen bespreken.
Kooldioxide (CO 2 ):
Het is een belangrijk broeikasgas met het hoogste aandeel, dat wil zeggen 50-60% en is goed voor bijna twee derde van de huidige stralingsforcering. De eerste precieze en directe metingen van atmosferisch koolstofdioxide begonnen in 1957 op de Zuidpool en in 1958 in Monaloa, Hawaï.
De CO 2 -concentratie op dat moment was ongeveer 315 ppm en groeide bijna met een snelheid van 1 ppm per jaar tot halverwege de tachtig en groeit nu met een snelheid van ongeveer 1, 6 ppm / jaar. CO 2 wordt uit de atmosfeer gehaald door planten in het proces van fotosynthese, zoals in deze vergelijking wordt getoond
In het voorjaar en de zomer is de groei van planten maximaal. Het CO 2 -niveau daalt en bereikt het laagste punt rond oktober op het noordelijk halfrond. In ademhaling, het proces dat levende wezens gebruiken om energie te verkrijgen, is de bovenstaande vergelijking omgekeerd. In de ademhaling worden complexe organische moleculen afgebroken en wordt koolstof teruggegeven aan de atmosfeer.
In de herfst- en wintermaanden overschrijdt de snelheid van de fotosynthese de snelheid. Er is een netto vervanging van koolstof in de atmosfeer die resulteert in een maximale concentratie van CO 2 op het noordelijk halfrond rond mei. Zo beweegt koolstof voortdurend van atmosfeer naar de voedselketen (in fotosynthese) en keert terug naar de atmosfeer (in de ademhaling).
De reactie voor de ademhaling is als volgt:
De CO 2 -concentraties zijn nu bijna 30% hoger dan vóór de industriële revolutie.
Methaan (CH 4 ):
Accumulatie van methaan in de atmosfeer is goed voor 0, 47 w / m 2 stralingsforceren, wat 19% is van de totale directe broeikasgassen. In pre-industriële tijden was de concentratie van methaan in de atmosfeer ruwweg 700 delen per miljard (ppb) gedurende vele honderden jaren, maar in 1800s. de concentratie nam snel toe. In 1992 bereikte het 1714 ppb, wat bijna twee en een half keer meer was dan het pre-industriële niveau.
Methaan is een van nature voorkomend gas in de atmosfeer, maar de concentratie ervan neemt snel toe door de menselijke activiteiten. Natuurlijke bronnen van methaan zijn wetlands en oceanen geven 160 miljoen ton methaan af per jaar, terwijl door de mens veroorzaakte bronnen goed zijn voor ongeveer 375 miljoen ton methaangas. Ongeveer 50% van de antropogene emissies van CH4 zijn het resultaat van de menselijke voedselproductie en ongeveer 27% is te wijten aan het gebruik van fossiele brandstoffen.
Naarmate de voedsel- en energieproductie toeneemt om aan de vraag van de groeiende bevolking te voldoen, zal de methaanemissie nog steeds een aanzienlijk deel uitmaken van de totale stralingsforcering. Het staafdiagram hieronder (Fig. 3) geeft de procentuele bijdrage weer van verschillende antropogene bronnen van methaanemissies.
Methaan heeft zowel directe als indirecte effecten op stralingsforcering. Omdat CH 4 een langere levensduur heeft in de atmosfeer, blijft het infraroodstraling langer absorberen, waardoor zijn opwarmingspotentieel toeneemt. Er is ook bezorgdheid over de mogelijkheid dat door het broeikaseffect een grote hoeveelheid methaan die momenteel is bevroren in permafrost in de verre noordelijke regio's van de wereld kan worden vrijgemaakt en de anaërobe afbraak van organisch materiaal dat in permafrost is bevroren mogelijk maakt, waardoor meer methaan wordt geproduceerd. Opwarming als gevolg van een verhoogde afgifte van methaan kan de oorspronkelijke opwarming toevoegen.
Lachgas:
Het is een ander natuurlijk voorkomend broeikasgas, dat door menselijke activiteiten in concentratie is toegenomen. In pre-industriële tijden bedroeg de concentratie 275 ppb. die op dit moment 312 ppb is en 13% toename vertoont. Stikstofoxide komt vrij in de atmosfeer tijdens het nitrificatieproces van de stikstofcyclus.
Lachgas is goed voor 6% van de stralingsforcering. Natuurlijke bronnen van N2O geven jaarlijks ongeveer 9 miljoen ton stikstof vrij in de atmosfeer, waarbij het grootste deel afkomstig is uit oceanen en natte bosbodems. Door mensen gemaakte bronnen dragen ongeveer 40% van de totale N 2 O-emissies bij, ofwel 5, 7 miljoen ton per jaar (IPCC, 1995), wat voornamelijk te wijten is aan de tropische landbouw.
Conversie van bosland naar graslanden en gebruik van stikstofmeststoffen op akkerland zijn de belangrijkste bronnen van N 2 O-emissies. Andere bronnen zijn de verbranding van N 2 -bevattende brandstoffen, driewegkatalysatoren in auto's en vele industriële processen zoals de productie van nylon. N 2 O heeft ook een lange atmosferische levensduur geschat op ongeveer 120 jaar, wat betekent dat verstoringen in de natuurlijke cyclus langdurige gevolgen zullen hebben. Het wordt langzaam afgebroken in de stratosfeer door fotolyse.
halogeenkoolwaterstoffen:
Dit zijn op koolstof gebaseerde moleculen die chloor, fluor of broom bevatten. Dit zijn krachtige broeikasgassen. Deze zijn ook van groot belang omdat ze bijdragen aan het broeikaseffect en ook aan de aanwezigheid van chloor- en broomatomen die hun weg vinden in de stratosfeer en het vermogen hebben om ozon in die laag te vernietigen. Halocarbonzuren omvatten chloorfluorkoolwaterstoffen. (CFK's) en chloorfluorkoolwaterstoffen (HCFK's).
CFK's zijn niet-toxisch, niet-reactief en niet-ontvlambaar en onoplosbaar in water. Vanwege hun inactieve aard worden ze niet vernietigd door chemische reacties en worden ze ook niet verwijderd uit de troposfeer door regen. Dus ze hebben een lange atmosferische levensduur. Ze kunnen alleen worden verwijderd door fotolyse, dwz afbraak door kortegolfzonnestraling, die plaatsvindt wanneer de moleculen de stratosfeer bereiken.
Maar het chloor bevrijd door fotolyse van CFK's vernietigt de stratosferische ozonlaag. Om te voorkomen dat deze stratosferische ozondepletie HCFK's worden geïntroduceerd in plaats van CFK's. Toevoeging van waterstof breekt hun inertie zodat ze worden vernietigd door chemische reacties in de troposfeer voordat ze worden afgevoerd naar de stratosfeer. Maar ze hebben nog steeds een gezond potentieel
de ozonlaag afbreken. Hydro-fluorkoolwaterstoffen (HFK's) bevatten geen chloor, dus ze zijn zelfs beter dan HCFK's.
Halonen bevatten broom dat ook een ozonvernietigend element is. Het zijn zeer stabiele moleculen en ontleden niet in de troposfeer, dus geven ze alleen dat broom af nadat ze in de stratosfeer zijn geraakt en door fotolyse zijn gebroken. Ze worden gebruikt in brandblussers.
Ozon (O 3 ):
Ozon heeft een sterke absorptieband bij 9 μm, dat wil zeggen, in het midden van het atmosferische venster, waardoor het een belangrijk broeikasgas is. Het is een hoofdgas in fotochemische smog omdat de productie van smog gepaard gaat met grote industrialisatie, dus zijn concentratie is meer in ontwikkelde landen dwz op het noordelijk halfrond dan op het zuidelijk halfrond.
Hun concentratie varieert ook per seizoen, met hogere concentraties in de zomer, terwijl zomermaanden ozonvorming stimuleren. Radiatieve forcing van troposferisch ozon is ook vrij onzeker en ligt tussen 0, 2-0, 6 w / m 2 . Stratosferische ozonconcentraties nemen af als gevolg van aanvallen door chloor en broom die vrijkomen door UV-blootgestelde CFK's en halonen.
Volgens een schatting heeft het verlies aan ozon in de stratosfeer globaal een gemiddelde negatieve forcing van ongeveer -0, 1 w / m 2 met factor 2-onzekerheid. Deze ozonafbraak is indirect het gevolg van het gebruik van CFK's en halonen. Dus deze negatieve forcering neigt sommige positieve forcering veroorzaakt door emissie van halogeenkoolwaterstoffen te compenseren. Zoals na het Montreal Protocol, worden de emissies van CFK's en halonen in de atmosfeer beperkt, zodat verwacht wordt dat ozon zich de komende jaren zal herstellen en deze negatieve forcering zal afnemen.
Op deze manier zien we dat stralingsforceten van deze broeikasgassen de temperatuur en het klimaat op aarde beïnvloeden. Positief forceren verhoogt de temperatuur, terwijl negatieve forcering hetzelfde afneemt. Aangezien we deze dwangmaatregelen hebben besproken en niet alleen natuurlijk zijn, worden ze ook veroorzaakt door menselijke activiteiten, dus we moeten twee keer nadenken voor het gebruik van een dergelijke technologie, die bijdraagt aan de toename van broeikasgassen en de opwarming van de aarde die leidt tot klimaatveranderingen.
Green House gassen en wereldwijd klimaat:
De stijging van de CO 2 -concentratie zoals gemeten op het Maunalao Observatorium op Hawaï in 1958 als 315 ppm tot 345 ppm in 1985 is hoofdzakelijk te wijten aan twee belangrijke menselijke activiteiten, namelijk het branden van fossiele brandstoffen in een alarmerend tempo en vernietiging van bosbedekking die als CO wordt beschouwd 2 zinken van de planeet. De consumptie van kolen en olie is de afgelopen jaren veelvoudig toegenomen, zoals weergegeven in de figuur (19) Stijging van CO 2, niveau heeft onmiddellijk effect op de stijging van de temperatuur op aarde. Naast het CO 2 -niveau van de broeikasgassen (GHG's) is het ook in de loop van de jaren toegenomen, zoals we eerder hebben besproken.
Volgens het rapport van NASA stijgt de CFC's met ongeveer 5% per jaar, terwijl de methaanuitstoot ongeveer 1% per jaar bedraagt. Als de stijging van de broeikasgassen plaatsvindt met het huidige tempo, zal het verdubbelingspunt voor elk van deze gassen die bijdragen aan het broeikaseffect ergens in 2030 zijn. Hoewel het effect van broeikasgassen op het klimaat langzaam en onmerkbaar is, maar op de lange termijn is het de impact op de klimaatverandering wordt alarmerend en onomkeerbaar. Het percentage broeikasgasemissies van 12 grote landen is weergegeven in figuur (fig. 5)
Het is interessant om op te merken dat de uitstoot van broeikasgassen de ontwikkelde landen de grootste bijdrage levert en de bijdrage van de ontwikkelingslanden slechts 15% bedraagt. in post industriële tijden leeft ongeveer 75% van de wereldbevolking in de ontwikkeling van derdewereldlanden. Tot recent verleden werden de meeste broeikasgassen uitgestoten en verwijderd uit de troposfeer door de belangrijkste biogeochemische cycli van de aarde zonder interferentie van menselijke activiteiten, maar na de industriële revolutie, vooral sinds 1950, hebben we enorme hoeveelheden broeikasgassen in de atmosfeer gebracht. Er is een groeiende zorg nu deze broeikasgassen het natuurlijke broeikaseffect kunnen versterken en kunnen leiden tot het broeikaseffect van de aarde.
De mogelijke gevolgen van het broeikaseffect zijn als volgt:
(i) Stijging op zeeniveau:
Als gevolg van de opwarming van de aarde door de thermische uitzetting van de zee, het smelten van de gletsjer van de bergen, het smelten van Groenland-ijs en het smelten van Antarctica zal dit resulteren in een stijging van de zeespiegel.
(ii) Gewasopbrengst:
De verwachting is dat door de stijging van het CO2-niveau de gewasopbrengsten zullen toenemen, hoewel andere factoren deze effecten kunnen verminderen.
(iii) Gezondheid van de mens:
In de komende decennia zal de wereld warmer worden naarmate er meer mensen getroffen zullen worden door tropische ziekten.
(iv) Waterbalans:
Ondanks de stijging van de zeespiegel zal in de toekomst de warmere wereld in sommige delen een watercrisis hebben, terwijl andere delen natter zullen zijn dan nu. Op deze manier zal de - waterbalans worden verstoord. De algemene impacts worden hieronder weergegeven (fig. 6).
Ozonafbraak en stralingsprobleem:
Ozongas komt in kleine hoeveelheden in de atmosfeer voor. Het is een blauw gekleurd doordringend ruikend gas. Gemiddeld op grondniveau bevat elke centimeter lucht ongeveer 10-19 moleculen gassen waarvan de ozonconcentratie bijna 0, 1 ppm is. Bijna 90% van de atmosferische ozon ligt in de stratosfeer. Ozon wordt voortdurend geproduceerd en vernietigd in de stratosfeer. Maar veel vervuilende spoorgassen zoals NO, NO 2, CI, enz. Die gemakkelijk kunnen reageren met ozon, nemen hun weg naar de stratosfeer en reageren met ozon om zuurstof te produceren. Dit wordt gewoonlijk "ozonafbraak" genoemd.
Als gevolg van deze ozonafbraak in de stratosfeer bereiken de ultraviolette stralingen van de zon gemakkelijk de aarde, aangezien ozonlaag als een beschermend schild fungeert. Deze UV-straling heeft schadelijke gevolgen voor onze gezondheid, onze ecosystemen, aquatische systemen en vegetatie enz. Volgens een schatting in 1969-1988 was er 3-5 tot 5% ozonafbraak op het noordelijk halfrond.
Gewoonlijk zijn er 3 belangrijke manieren om de ozonlaag in de stratosfeer te verkleinen. Dit zijn:
(i) Waterstofsysteem
(ii) Stikstofsysteem en
(iii) Chloorsysteem
(i) Waterstofsysteem (OH-systeem):
Dit systeem vernietigt slechts 10% van de ozonlaag.
De reactie wordt boven de 40 km boven aardkorst gezien. Het gaat als volgt :
OH kan ook worden gevormd door de oxidatie van methaan
(ii) Stikstofsysteem (N 2 O-systeem):
60% van de ozonvernietiging gebeurt via dit systeem. N 2 O dat wordt geproduceerd in oceanen en bodem door de bacteriële werking van micro-organismen diffundeert omhoog in de stratosfeer en daar reageert het met '0' in de aanwezigheid van licht om NO te produceren dat vervolgens O 3 vernietigt.
De reacties van dit proces zijn als volgt:
(iii) Chloorsysteem (CFCI 3 of CF 2 CI 2 -systeem):
Hoewel neutraal chloor heel weinig ozon vernietigt, zijn chloorfluorkoolwaterstoffen (CFCl 's ) en andere halogeenkoolstoffen de belangrijkste ozonvernietigers. Deze verbindingen blijven inert in de troposfeer maar worden gedissocieerd in de stratosfeer.
Reacties zijn als volgt:
Op deze manier zien we dat deze processen leiden tot ozonafbraak in de stratosfeer. Aan het einde van de jaren tachtig gaven metingen van satellieten en ballonnen weer dat de zone met verarmd uranium zich uitstrekt over heel Antarctica. De uitputting concentreert zich voornamelijk tussen 12 - 14 km in hoogte - verspreid over een groot deel van de lagere stratosfeer op deze breedtegraden.
Dit ozongat ontwikkelt zich elk jaar in de maand augustus en september. Wat ozon gaat veroorzaken is een controversiële vraag. Maar algemene consensus is dat een opeenvolging van stadia verantwoordelijk is voor de peculuar efficiëntie waarmee chloor ozon over Antarctica vernietigt. Uitputting van ozon is een belangrijke bron van zorg vanwege zijn rol als filter van de ultraviolette straling van de zon. De ultraviolette stralingsband met het label UV-C (2, 0 x 2, 9 x 10-7 nm) wordt geëlimineerd door de atmosfeer.
Deze UV-C-band is dodelijk voor micro-organismen en kan zowel nucleïnezuren als eiwitten vernietigen. Bescherming tegen UV-C is volledig te wijten aan de opname door ozon. Een band van UV-straling tussen 2, 9 x 10-7 nm en 3, 2 x 10-7 is belangrijker, die bekend staat als 'biologisch actieve uv-straling of uv-b. band. UV-B-straling heeft schadelijke gevolgen voor de mens en ook voor planten en dieren. Nu zullen we wat meer in detail ingaan op de schadelijke effecten van UV-B op mensen, planten en dieren en op onze omgeving.
(i) Over de menselijke gezondheid:
Het meest schadelijke effect is dat de incidentie van huidkanker wordt verhoogd door UV-B-straling. De twee bewijzen hiervoor zijn: (i) huidkanker is meestal de ziekte van witte huid en het donkere pigment melanine staat bekend als het effectieve UV-B-filter. Het tweede bewijs is afkomstig uit de epidemiologie, dwz de studie van die factoren die het voorkomen van de ziekte in de menselijke populatie beïnvloeden. Melanoom Een bepaalde vorm van huidkanker wordt gemeld in veel gebieden met hoge sterftecijfers.
Het treft jongeren, hoewel andere vormen van huidkanker voornamelijk voorkomen bij relatief oudere mensen. Deze kankers zijn schrijnend maar worden meestal met succes behandeld. Het optreden van melanoom neemt de afgelopen decennia toe in alle blanke populaties. Studies suggereren dat melanoom geassocieerd is met hoge blootstelling aan UV-B.
Volgens een onderzoek uitgevoerd door EPA kan elke daling van 1% van de ozonkolom resulteren in een toename van 3% in de incidentie van niet-melanoom huidkanker. Blootstelling aan biologisch actieve ultraviolette straling (UV-B) kan ook directe schadelijke effecten hebben op het menselijk lichaam, omdat deze straling de neiging hebben het immuunsysteem van het lichaam te onderdrukken. UV-B straling veroorzaakt ook schade aan onze ogen.
(ii) Op terrestrische planten:
Meestal worden terrestrische planten aangepast aan de huidige niveaus van zichtbare straling en er is weinig bekend over de effecten van versterkte UV-B-straling in planten. De meeste studies naar de effecten van verhoogde UV-B-straling zijn gericht op gewassen en tot nu toe zijn er meer dan 300 soorten onderzocht, waarvan ongeveer tweederde gevoelig is voor stralingen door de mate van gevoeligheid voor verschillende soorten en zelfs verschillende cultivators. van dezelfde soort variëren aanzienlijk.
De gevoeligheidsverschijnselen veroorzaken verminderde plantengroei, kleinere bladeren, verminderde efficiëntie van fotosynthese en verminderde opbrengst aan zaden en fruit. In sommige gevallen worden ook veranderingen in de chemische samenstelling van planten waargenomen, die hun voedselkwaliteit beïnvloeden. Hoewel er weinig gegevens beschikbaar zijn over het effect van UV-B-straling op bosvegetatie, suggereren ze dat verhoogde UV-B-niveaus ook de productiviteit van bossen kunnen beïnvloeden.
Er wordt ook gesuggereerd dat verminderde plantengroei, veroorzaakt door biologisch actieve ultraviolette (UV-B) straling, het delicate evenwicht in natuurlijke ecosystemen kan verstoren, zodat de verspreiding en abundantie van planten kan worden beïnvloed.
(iii) Op mariene ecosystemen:
Het leven in de oceanen is ook kwetsbaar voor UV-straling. Er zijn aanwijzingen dat omringende UV-B-straling van de zon ook een belangrijke beperkende factor is in mariene ecosystemen, hoewel het niet zo belangrijk is als het zichtbare licht of de temperatuur van de nutriëntenniveaus. De impact van verbeterde UV-B-straling is afhankelijk van de diepte waarin deze doordringt. In helder water is het meer dan 20 meter, maar in onduidelijke wateren is het slechts 5 meter.
Verbeterde UV-B-straling heeft aangetoond dat vele soorten kleine waterorganismen, zoöplanktons, larvale krabben en garnalen en juveniele vissen worden beschadigd. Bij fytoplankton wordt de vermindering van fotosynthese waargenomen als gevolg van UV-straling.
(iv) Op het klimaat:
Onze grootste zorg houdt verband met de belangrijkste rol van ozon in de atmosferische temperatuur. Met de creatieve en destructieve ronde van ozoncyclus is er een totale absorptie van zonnestraling, die uiteindelijk wordt vrijgegeven als warmte in de stratosfeer. Dit verwarmt de stratosfeer en produceert temperatuurinversie bij de tropopauze, infecteert dat er geen stratosfeer zou zijn zonder de ozonlaag. Aldus zou uitputting in stratosferisch ozon dit gebied koelen en de temperatuurstructuur van de stratosfeer enigszins veranderen.
Atmosferische stralingen en nucleaire winter:
De deeltjes en aerosolen oefenen hun invloed op het klimaat uit door de stroom van zonnestraling in het atmosferische systeem van de aarde te verstoren. Deze verzwakking of vermindering van zonnestraling die wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van deeltjes en aerosolen in de atmosfeer, is een aanwijzing voor atmosferische troebelheid, een eigenschap die verband houdt met stoffigheid of vuiligheid van de atmosfeer.
Wanneer straling een aërosol in de atmosfeer treft, dan is het deeltje optisch transparant dan de stralingsenergie er onveranderd doorheen gaat en er geen verandering plaatsvindt in de energiebalans van de atmosfeer. Gewoonlijk wordt de straling gereflecteerd, verstrooid of geabsorbeerd en de verhouding van reflectie, verstrooiing of absorptie zal afhangen van de 'grootte, kleur en concentratie van deeltjes in de atmosfeer en ook van de aard van straling zelf. Deeltjesmaterie of aërosolen die de straling verspreiden of reflecteren, verhogen het albedo van de atmosfeer en verminderen de hoeveelheid zonnestraling die het aardoppervlak bereikt.
Aërosolen of deeltjes die de straling absorberen hebben een tegenovergesteld effect en ze verhogen de hoeveelheid binnenkomende zonnestraling. Elk van deze processen heeft het potentieel om het energiebudget van de aarde te veranderen door hun vermogen om de weg van straling door de atmosfeer te veranderen. Naast het verstoren van de stroom van binnenkomende zonnestraling heeft de aanwezigheid van aërosolen ook een effect op terrestrische straling.
Het aardoppervlak op een lager energieniveau straalt energie uit aan het infrarode uiteinde van het spectrum. De deeltjes en aërosolen zoals roet, zand en stofdeeltjes die in de grenslaag vrijkomen, absorberen infrarode straling gemakkelijk, vooral als ze groter zijn dan 1, 0 μm diameter en als gevolg van deze absorpties heeft de temperatuur in de troposfeer de neiging toe te nemen. Een groot deel van de deeltjes komt vrij in het milieu door natuurlijke processen zoals vulkaanuitbarstingen.
De vrijkomende deeltjes worden weggevoerd van de bronlocaties door wind- en luchtdrukken van atmosferische circulatie naar verre plaatsen. Menselijke activiteiten creëren slechts 15- 20% fijnstof en de belangrijkste bron van dergelijke materie is de oorlog, bijvoorbeeld in de Golfoorlog in 1991 werden meer dan 600 oliebronnen gebrand door Iraakse troepen. Deze putten bleven vele maanden lang branden.
Gedurende die tijd enorme hoeveelheden rook, SO 2, CO 2, niet-verbrande koolwaterstoffen en nitraten vrijkomen in het milieu. Het merendeel van deze kwestie bleef in de onderste helft van de troposfeer binnen een straal van 5 km van het aardoppervlak. In de periode van de laatste vijftig jaar of zo, blijft het gebruik van deze wapens in de meeste landen, ondanks de overeenkomsten tussen de grootmachten om het gebruik van kernwapens te beperken.
De uitvallende en ioniserende straling van deze wapens vervuilen de atmosfeer in een alarmerend tempo. Nu is er een nieuwe mogelijkheid van nucleaire winter toegevoegd in deze moderne strijd om suprematie, wat misschien de genadeklap is voor overlevenden van nucleaire uitwisseling. De nucleaire winterhypothese in de veronderstelling dat rook en stof die vrijkomen in de atmosfeer tijdens een nucleaire oorlog, de atmosferische troebelheid in die mate zou verhogen dat een groot deel van de binnenkomende zonnestraling zou worden belet de lagere atmosfeer en het aardoppervlak te bereiken. Dus de temperatuur van de aarde zal scherp dalen.
Waarschijnlijk zal de vegetatie van tropische gebieden aanzienlijke schade oplopen. Tropische planten bloeien in milde, subtiele temperaturen. Ze zijn gevoelig voor matige temperatuurdalingen en niet in staat om weerstand te bieden tegen kou, zoals gematigde planten doen. Bij lage temperaturen en bij weinig licht in de nucleaire winter kunnen ze in deze regio's verdwijnen. Naast de schade aan de vegetatie in het natuurlijke ecosysteem, zullen gecultiveerde planten ook worden beschadigd.
Tropische gewassen zoals rijst, maïs, banaan enz. Worden meestal gedurende enkele dagen beschadigd door een temperatuur van 7-10 ° C en een matige koeling zou voldoende zijn om het falen van de oogst te veroorzaken. We hebben nu al te maken met het probleem van een tekort aan gewassen dat door de nucleaire winter zou worden verergerd.
Naast deze atmosferische effecten van lage temperaturen, lage lichtniveaus en hevige stormen, zouden we ook te maken krijgen met voortdurende radioactieve neerslag, hoge niveaus van toxische luchtvervuiling en toename van ultraviolette straling. Al deze effecten samen met een tekort aan voedsel en drinkwater zouden het leven zeer stressvol en gevaarlijk maken. Dus om onze toekomst en het leven van komende generaties te redden, is het essentieel dat de noodzakelijke stappen worden gezet om oorlogen te beperken en de wereldvrede te bevorderen, niet alleen omwille van de mensheid maar ook om ons milieu te beschermen.
Straling en globale opwarming:
Ons klimaatsysteem omvat de atmosfeer, de hydrosfeer, de lithosfeer en de biosfeer. Deze zijn allemaal met elkaar verbonden en de ene beïnvloedt de andere. In de atmosfeer absorberen CO 2 en waterdampen sterk infraroodstraling (in de golflengte van 14000 tot 25000 nm) en blokkeren effectief een groot deel van de door de aarde uitgestraalde stralingen.
De straling die aldus wordt geabsorbeerd door CO 2 en waterdampen, dwz H 2 O, wordt gedeeltelijk uitgestoten naar het aardoppervlak en veroorzaakt opwarming van de aarde. Roet of zwarte koolstof absorbeert de zonnestraling rechtstreeks en veroorzaakt 15-30% verwarming van de aarde. Het Internationale Panel On Climate Change (IPCC) kwam in hun eerste beoordelingsrapport tot de conclusie dat de lagere temperatuur op aarde tegen het einde van de volgende eeuw gemiddeld tussen 2 ° C en 6 ° C zou stijgen, wat zeer rampzalige gevolgen zal hebben.
We hebben in de afgelopen eeuw gezien dat het decennium van de jaren negentig het warmst was op het noordelijk halfrond. De stralingsveranderingen en vulkanische activiteit worden beschouwd als de hoofdoorzaak van de warme jaren negentig, met name 1990, 1994, 1997 en 1998. In 1998 hebben Europa en Japan de verzengende hitte ervaren. In Londen was het de droogste zomer in 300 jaar en Duitsland beleefde de warmste zomer ooit.
In Japan was de droogte zo hevig dat duizenden fabrieken daar werden gesloten. Door de temperatuurstijging smelt het ijs bij palen erg snel, waardoor de zeespiegel stijgt. In een warm klimaat neemt de sneeuw- en ijsbedekking van de aarde af. Omdat sneeuw en ijs goede reflectoren zijn van binnenkomende straling, zal een afname van sneeuw en ijs de absorptie van straling verhogen en de opwarming van de aarde bevorderen. Naarmate de temperatuur toeneemt, wordt de bodem droog en kunnen stof en zwevende deeltjes gemakkelijk in de atmosfeer terechtkomen.
IPCC beweert dat tegen 2100 na Christus de zeespiegel met 30-110 cm zal stijgen als ons huidige energieverbruikpatroon als zodanig blijft bestaan. De stijging van de zeespiegel zal ernstige gevolgen hebben. Veel dichtbevolkte gebieden kunnen worden overstroomd, erosie van kustgebieden kan voorkomen, indringing van zout water in landgebieden zou veel drinkbaar grondwater verzilten en meer dan 30% van het akkerland zou de productiviteit verliezen. Er is een mogelijkheid dat in de Indische en Stille Oceaan veel prachtige eilanden zoals de Malediven, het Marshall-eiland, Tonga, Tavalu etc. worden weggevaagd. Veel laaggelegen kustgebieden staan op het spel.
Andere effecten zijn vertragen van de thermohaliene circulatie, uitputting van de ozonlaag, intense orkanen, verlaging van de pH van zeewater en verspreiding van infecties en ziekten zoals knokkelkoorts, builenpest, virale infecties en vele andere bacteriële ziekten bij mensen. Bovendien zou het gevaar van uitsterven van vele plant- en diersoorten bestaan.
Door de opwarming van de aarde zal het in sommige streken warmer worden en in sommige gebieden ook droog, dus zullen er dislocaties zijn die de moderne samenleving te buiten gaan. Geen enkel continent is gespaard gebleven van negatieve effecten van het broeikaseffect.
Enkele gevolgen van het broeikaseffect in de voorgaande twee decennia worden weerspiegeld in de vorm van de volgende gevolgen:
1. Het gemiddelde zeeniveau is met 15 cm gestegen.
2. At Antarctica melting of ice has reduced the population of Adelie Penguins by one third in last 25 years.
3. Australia had experienced its worst drought in 2003, which was due to Elnino effect ie the warming of the equatorial Pacific Ocean.
4. New York experienced driest July in 1999 with temperature raising above 35°C for nearly 15 days.
5. In Tibet, warmest days temperatures were recorded in June 1998, in Lhasa with temperature exceeding 25°C for almost the whole month.
6. In Spain in 2006 severe drought was experienced and more than 306, 000 hactare of forests went up in flames
7. According to the United Nations Environment Programme (UNEP) reports the Arctic Permafrost is melting due to global warming and releasing carbon and methane locked in it.
8. Himalayan glaciers are receding at an alarming rate. These are origin of most of the rivers of North India. The Gangotri glacier is a major source of mighty Ganga, and tributaries of Ganga constitute the lifeline of hundreds of millions of people living in Gangetic basin. According to one report of International Commission for Snow and Ice, the Gangotri glacier is receding 20- 30 metres per year and had lost about one third of its 13 km length. Drying of this glacier means drying of Ganga which will have devastating consequences for the people of Gangetic basin.
