Zmiany atmosfery i klimatu

Cele:
Uczeń:

- wymienia procesy negatywnie wpływające na życie człowieka na Ziemi;
- potrafi wymienić kilka następstw wzrostu natężenia efektu cieplarnianego;
- wymienia gazy, które przyczyniają się do pogłębienia efektu cieplarnianego i dziury ozonowej;
- określa obszar szczególnego zagrożenia występowaniem dziury ozonowej;
- jest przekonany o potrzebie ograniczania emisji szkodliwych gazów do atmosfery.

Treści przedstawiane na lekcji:
Nie można powiedzieć, że klimat się zmienia po stwierdzeniu różnicy stanów pogody w ciągu kilku lat. Zmiany klimatyczne wynikają z wieloletnich obserwacji. Śledząc dzieje Ziemi, zwłaszcza w ostatnim okresie, można stwierdzić kolejno po sobie następujące etapy ochłodzenia i ocieplenia klimatu i związane z tym transgresje i regresje lądolodu.
Zmiany klimatyczne zachodzą na skutek różnych naturalnych procesów, a także w wyniku działalności człowieka.
Gdyby nie występujący na Ziemi w sposób naturalny efekt cieplarniany, to życie prawdopodobnie nie rozwinęłoby się, ponieważ temperatura byłaby ujemna i wynosiłaby zaledwie - 18°C. Dla porównania, stwierdzono, że w XX wieku człowiek przyczynił się rozwojem gospodarki do wzrostu temperatury zaledwie o 0,6°C.
Efektem cieplarnianym określa się wzrost temperatury przy powierzchni Ziemi spowodowany występowaniem pary wodnej, zwiększoną koncentracją dwutlenku węgla i innych tzw. gazów cieplarnianych, takich jak metanu, tlenków azotu, freonów i ozonu.
Ziemia ogrzewana jest przez Słońce. Większość otrzymanego ciepła wraca w przestrzeń kosmiczną. Jednak w wyniku nagromadzenia dwutlenku węgla i innych gazów o podobnych właściwościach, część tego ciepła nie zostaje wypromieniowana. Przyczynia się więc do ocieplenia klimatu Ziemi.
Efekt cieplarniany może wywołać nie tylko wzrost temperatury, ale także:
- zmianę stref klimatycznych,
- zmianę kierunku prądów morskich;
- zmianę przebiegu linii brzegowej
- zmianę struktury upraw,
- wzrost zasolenia wód gruntowych,
- spadek pożądanej wilgotności gleby oraz niszczenie lasów itd.
Ocenia się, że w przypadku wzrostu temperatury średnio o 1°C, strefa umiarkowana sięgałaby ponad 200 km na północ, a więc znalazłaby się również w miejscach, gdzie jakość gleb jest zdecydowanie mniejsza.
By zapobiec niebezpiecznym zmianom klimatycznym, na świecie zobowiązano się do stabilizacji emisji dwutlenku węgla, podpisując w 1992 r. Ramową Konwencję Narodów Zjednoczonych w Sprawie Zmian Klimatu. Stroną Konwencji jest również Polska. Szczególną uwagę poświęca się problemom sektora energetycznego, którego działalność jest głównym powodem nadmiernych emisji gazów szklarniowych.
Średnia globalna temperatura ma związek z poziomem mórz i oceanów, a wyższy poziom dwutlenku węgla prowadzi w konsekwencji do nasilenia się zjawisk takich, jak huragany, powodzie itd.
Nie zawsze zmiana temperatury na Ziemi jest jedynie wynikiem działalności człowieka, a np. zależy od aktywności Słońca. W ciągu ubiegłych 50 lat zwrotnikowe i podzwrotnikowe obszary trzech oceanów ulegały ochłodzeniu lub ogrzaniu o około 0.1°C, dokładnie w rytmie 11-letniego cyklu zmian słonecznych.
Wymieranie zwierząt i roślin, epidemie chorób zakaźnych i pasożytniczych, susze i powodzie to niektóre z zapowiadanych nieszczęść przez klimatologów badających zmiany w dolnej części atmosfery.
Topniejące lądolody mają podwyższyć poziom oceanu o 367 cm, zatopić wyspy, gęsto zaludnione wybrzeża i wielkie metropolie.

Na świecie zwraca się również uwagę na zmniejszającą się warstwę ochronną ozonu w stratosferze i wzrastającą ilość tego gazu w troposferze. Jest to bardzo niekorzystne zjawisko, ponieważ zmniejszająca się warstwa ozonu w stratosferze może doprowadzić do zwiększenia zachorowań na raka skóry, a wzrastająca jego ilość w troposferze podrażnia, a nawet niszczy układ oddechowy u organizmów żyjących.
Codziennie dociera do powierzchni Ziemi ze Słońca promieniowanie ultrafioletowe. Jest ono niewidoczne dla ludzkiego oka, ale bardzo niebezpieczne, ponieważ uszkadza materiał genetyczny komórek. Warstwa ozonowa zmniejsza ilość docierającego promieniowania do powierzchni Ziemi. Ozon jest alotropową odmianą tlenu, składającą się z trzech atomów. Jego warstwa znajduje się na wysokości ok. 10–50 km nad powierzchnią ziemi (najwyższe stężenie ozonu występuje na wysokości ok. 23 km). W latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku zaczęto prowadzić regularne badania warstwy ozonowej za pomocą satelitów. Okazało się, że w pewnych miesiącach ilość ozonu, zwłaszcza nad Antarktydą, maleje. Przez następne lata zaobserwowano, że ubytek ten powiększa się. W okresach arktycznej wiosny osiąga rozmiary porównywalne z powierzchnią Ameryki Północnej. Nie ogranicza się już wyłącznie do rejonu Antarktydy – sięga między innymi i nad Polskę.
Dziura ozonowa, to zmniejszona ilość ozonu w stratosferze, chroniącego organizmy żyjące na Ziemi przed nadmiernym promieniowaniem UV.
Za zmniejszanie się warstwy ozonowej odpowiedzialny jest chlor. Jest on w stanie rozkładać cząsteczki ozonu do dwuatomowych, czyli do „zwykłego” tlenu. Cześć chloru trafia do górnych warstw atmosfery na skutek silnych wybuchów wulkanów. Na szczęście zdarzają się one rzadko. Daleko większą rolę w tym niekorzystnym procesie rozkładania ozonu odgrywa – freon.
Freony to związki organiczne zawierające chlor i fluor. Jeszcze niedawno stosowano je szeroko do produkcji farb, lakierów, kosmetyków, szczególnie dezodorantów. Także w produkcji styropianu wykorzystuje się freony. Bardzo często związki te można było spotkać w urządzeniach klimatyzacyjnych oraz w lodówkach i zamrażarkach starszych typów. Obecnie w produkcji wielu wyrobów zrezygnowano z użycia freonów.
Freony są w normalnych warunkach związkami nieaktywnymi chemicznie. W górnych warstwach atmosfery, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, zaczynają wydzielać chlor. Pojedynczy atom chloru wchodzi w reakcję z cząstką ozonu i podczas dwuetapowej reakcji chemicznej rozkłada ją i w ten sposób dochodzi do rozpadu ozonu. W efekcie powstają cząstki tlenu i kolejne pojedyncze atomu chloru, zdolne dalej niszczyć warstwę ozonową.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Przedstaw mechanizm doprowadzający do powstania efektu cieplarnianego i wymień gazy, które wpływają na wzrost jego natężenia.
2. Omów skutki zwiększania intensywności efektu cieplarnianego.
3. Gdzie szczególnie intensywnie jest rozwinięta dziura ozonowa? Podaj powody takiego układu.
Na lepszą ocenę:
1. Przedstaw kilka racjonalnych sposobów zmierzających do ograniczenia efektu cieplarnianego i dziury ozonowej na świecie.
2. Przedstaw prognozę zdarzeń w przypadku pogłębiania intensywności zjawisk: dziury ozonowej i efektu cieplarnianego na Ziemi.

Zapis lekcji:
1. Efekt cieplarniany i jego następstwa.
2. Występowanie dziury ozonowej i jej wpływ na życie człowieka.