Znajdź zawartość

Inżynierowie lotniczy i kosmiczni z MIT odkryli, że sposób, w jaki emisja gazów cieplarnianych wpływa na atmosferę, zmniejszy liczbę satelitów, które można będzie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Na łamach Nature Sustainability stwierdzają, że rosnąca emisja gazów cieplarnianych zmniejsza zdolność atmosfery do usuwania odpadków krążących wokół Ziemi. Badacze zauważyli, że dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane powodują, iż górne warstwy atmosfery się kurczą. Głównie interesuje ich termosfera, w której krąży Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i większość satelitów. Gdy termosfera się kurczy, jej zmniejszająca się gęstość prowadzi do zmniejszenia oporów, a to właśnie opór aerodynamiczny jest tym czynnikiem, który powoduje, że kosmiczne śmieci – chociażby pozostałości po nieczynnych satelitach – opadają w kierunku Ziemi i płoną w atmosferze. Mniejszy opór oznacza, że odpady takie będą dłużej znajdowały się na orbicie, zatem ich liczba będzie rosła, a to zwiększa ryzyko kolizji z działającymi satelitami i innymi urządzeniami znajdującymi się w tych samych rejonach. Naukowcy przeprowadzili symulacje, których celem było sprawdzenie, jak emisja dwutlenku węgla wpłynie na górne partie atmosfery i astrodynamikę. Wynika z nich, że do roku 2100 pojemność najpopularniejszych regionów orbity zmniejszy się o 50–66 procent właśnie z powodu gazów cieplarnianych. Nasze zachowanie na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat wpływa na to, w jaki sposób będziemy używali satelitów przez kolejnych 100 lat, mówi profesor Richard Linares z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT. Emisja gazów cieplarnianych niszczy delikatną równowagę górnych warstw atmosfery. Jednocześnie gwałtownie rośnie liczba wystrzeliwanych satelitów, szczególnie telekomunikacyjnych, zapewniających dostęp do internetu. Jeśli nie będziemy mądrze zarządzali satelitami i nie ograniczymy emisji, orbita stanie się zbyt zatłoczona, co będzie prowadziło do większej liczby kolizji i większej liczby krążących na niej szczątków, dodaje główny autor badań, William Parker. Termosfera kurczy się i rozszerza w 11-letnich cyklach, związanych z cyklami aktywności słonecznej. Gdy aktywność naszej gwiazdy jest niska, do Ziemi dociera mniej promieniowania, najbardziej zewnętrzne warstwy atmosfery tymczasowo się ochładzają i kurczą. W okresie zwiększonej aktywności słonecznej są one cieplejsze i rozszerzają się. Już w latach 90. naukowcy stworzyli modele, z których wynikało, że w miarę ocieplania się klimatu na Ziemi, górne warstwy atmosfery będą się schładzały, co doprowadzi do kurczenia się termosfery i zmniejszania jej gęstości. W ciągu ostatniej dekady nauka zyskała możliwość precyzyjnych pomiarów oporu aerodynamicznego działającego na satelity. Pomiary te pokazały, że termosfera kurczy się w odpowiedzi na zjawisko wykraczające poza naturalny 11-letni cykl. Niebo dosłownie spada, w tempie liczonych w dziesięcioleciach. A widzimy to na podstawie zmian oporów doświadczanych przez satelity, wyjaśnia Parker. Naukowcy z MIT postanowili sprawdzić, w jaki sposób to zmierzone zjawisko wpłynie na liczbę satelitów, które można bezpiecznie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej. Ma ona wysokość do 2000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Obecnie na orbicie tej znajduje się ponad 10 000 satelitów. Ich liczba jest już tak duża, że operatorzy satelitów standardowo muszą wykonywać manewry unikania kolizji. Każda taka kolizja oznacza nie tylko zniszczenie satelity, ale też pojawienie się olbrzymiej liczby szczątków, które będą krążyły na orbicie przez kolejne dekady i stulecia, zwiększając ryzyko kolejnych kolizji. W ciągu ostatnich 5 lat ludzkość umieściła na LEO więcej satelitów, niż przez wcześniejszych 60 lat. Jednym z głównych celów badań było sprawdzenie, czy sposób, w jaki obecnie prowadzimy działania na niskiej orbicie okołoziemskiej można będzie utrzymać w przyszłości. Naukowcy symulowali różne scenariusze emisji gazów cieplarnianych i sprawdzali, jak wpływa to na gęstość atmosfery i opór aerodynamiczny. Następnie dla każdego z tych scenariuszy sprawdzali jego wpływ na astrodynamikę i ryzyko kolizji w zależności od liczby obiektów znajdujących się na orbicie. W ten sposób obliczali „zdolność ładunkową” orbity. Podobnie jak sprawdza się, ile osobników danego gatunku może utrzymać się w danym ekosystemie. Z obliczeń wynika, że jeśli emisja gazów cieplarnianych nadal będzie rosła, to liczba satelitów, jakie można umieścić na wysokości od 200 do 1000 kilometrów nad Ziemią będzie o 50–66 procent mniejsza niż w scenariuszu utrzymania poziomu emisji z roku 2000. Jeśli „zdolność ładunkowa” orbity zostanie przekroczona, nawet lokalnie, dojdzie do całej serii kolizji, przez co pojawi się tyle szczątków, że orbita stanie się bezużyteczna. Autorzy badań ostrzegają, że niektóre regiony orbity już zbliżają się do granicy ich „zdolności ładunkowej”. Dzieje się tak głównie przez nowy trend, budowanie megakonstelacji olbrzymiej liczby małych satelitów, takich jak Starlink SpaceX. Polegamy na atmosferze, która oczyszcza orbitę z pozostawionych przez nas odpadów. Jeśli atmosfera się zmienia, zmienia się też środowisko, w którym znajdują się odpady. Pokazujemy, że długoterminowe możliwości usuwania odpadów z orbity są uzależnione od zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, podsumowuje Richard Linares. Specjaliści szacują, że obecnie na orbicie znajduje się 40 500 odpadków o rozmiarach większych niż 10 cm, 1 milion 100 tysięcy odpadków wielkości od 1 do 10 cm oraz 130 milionów śmieci wielkości od 1 mm do 1 cm. Nawet te najmniejsze odpady stanowią duże zagrożenie. Średnia prędkość kolizji, do jakich między nimi dochodzi, to 11 km/s czyli około 40 000 km/h. « powrót do artykułu

Emisja gazów cieplarnianych prowadzi do kurczenia się stratosfery, informują naukowcy z Czech, Austrii, Hiszpanii, USA, Niemczech i Austrii. Stratosfera rozciąga się na wysokości 20–60 kilometrów nad powierzchnią Ziemi, ponad troposferą. Wcześniejsze badania wykazały rozszerzanie się troposfery, co wskazywało na możliwość kurczenia się stratosfery. Teraz potwierdzono istnienie takiego zjawiska oraz zbadano, jak bardzo stratosfera się skurczyła. W wyniku emisji gazów cieplarnianych i rosnącej temperatury troposfera staje się coraz grubsza. Rośnie więc ciśnienie, jakie od spodu wywiera na stratosferę. Dlatego też międzynarodowy zespół naukowcy postanowił bliżej przyjrzeć się wpływowi emisji gazów cieplarnianych na stratosferę. Uczeni przyjrzeli się danym satelitarnym od lat 80. ubiegłego wieku i dodali je do modelu komputerowego, który między innymi bierze pod uwagę reakcje chemiczne zachodzące w atmosferze. Zbadali też wpływ całości na warstwę ozonową. Z badań wynika, że rozszerzająca się troposfera zwiększa nacisk na stratosferę. Dodatkowym czynnikiem powodującym kurczenie się stratosfery jest dwutlenek węgla, który się do niej przedostaje. W stratosferze ma on odwrotne działania do działania w troposferze. Działa na stratosferę chłodząco, przez co dodatkowo się ona kurczy. W wyniku tych zjawisk od lat 80. stratosfera skurczyła się o około 400 metrów, straciła więc około 1% grubości. Naukowcy uruchomili też swój model, by zbadał on przyszły rozwój sytuacji. Wynika z niego, że w ciągu najbliższych 60 lat stratosfera najprawdopodobniej straci około 1 kilometra grubości. Okazało się też, że zmiany w warstwie ozonowej mają niewielki wpływ na grubość atmosfery. Autorzy badań podkreślają, że nie wiedzą, jaki wpływ na Ziemię będzie miało kurczenie się stratosfery. Przypuszczają, że może to wpłynąć na trajektorie satelitów i sposób rozchodzenia się fal radiowych, co z kolei może mieć wpływ na GPS. « powrót do artykułu

CERN udostępnił swój pierwszy publiczny Raport Środowiskowy, dotyczący m.in. emisji gazów cieplarnianych. Dowiadujemy się z niego, że w 2018 roku ta instytucja wyemitowała 223 800 ton ekwiwalentu dwutlenku węgla. To tyle co duży statek wycieczkowy. Z raportu dowiadujemy się, że aż 3/4 tej emisji powodują zawierające fluor gazy, używane podczas prac z wykrywaczami cząstek. CERN planuje zmniejszenie emisji. Obejmujący lata 2017–2018 raport sprowokował debatę zarówno wśród pracowników, jak i wśród osób z zewnątrz. Zaczęliśmy zastanawiać się, co można zrobić z tym już teraz i w jaki sposób projektować akceleratory przyszłości, mówi Frederick Bordry, dyrektor CERN ds. akceleratorów i technologii. Raport porusza wszelkie kwestie związane z wpływem CERN na środowisko, od emitowanego hałasu, po wpływ na bioróżnorodność, zużycie wody czy emitowane promieniowanie. Specjaliści orzekli, że to redukcja gazów cieplarnianych będzie miała największy wpływ na poprawę stanu środowiska. Inżynierowie już planują uszczelnienie miejsc wycieków w LHC i zoptymalizowanie systemu cyrkulacji gazu. Docelowo chcą, żeby w roli chłodziwa czujników gazy zawierające fluor zostały zastąpione przez dwutlenek węgla, który ma kilka tysięcy razy mniejszy potencjał cieplarniany. Gdy budowaliśmy Wielki Zderzacz Hadronów, nie docenialiśmy potencjału cieplarnianego tych gazów. Naszym głównym zmartwieniem była dziura ozonowa, mówi Bordry. Na razie CERN chce obniżyć swoją bezpośrednią emisję gazów cieplarnianych o 28% do roku 2024. Raport uwzględnia też pośrednią emisję generowaną przez CERN. Laboratorium zużywa bowiem tyle energii elektrycznej co niewielkie miasteczko. Zakładamy w LHC systemy odzyskiwania energii. Jesteśmy pionierami wykorzystania nadprzewodnictwa na duża skalę, co może zwiększyć efektywność sieci energetycznych. Jak jednak zauważają specjaliści, znacznie lepiej jest emitować gazy cieplarniane w celu dokonywania odkryć naukowych, niż w innych celach. Postęp naukowy jest bardzo ważny i trudno znaleźć ważniejszą instytucję naukową niż CERN. Osobiście wolę, byśmy emitowali gazy cieplarniane pracując w CERN niż lecąc samolotem do Pragi, by się upić na weekend, mówi John Barrett, z Sustainability Research Institute. « powrót do artykułu

Klimaty typu śródziemnomorskiego są niezwykle wrażliwe na obecność gazów cieplarnianych. Okazuje się, że gdy w atmosferze pojawia się więcej takich gazów, natychmiast zmniejsza się poziom opadów w klimacie śródziemnomorskim. Na szczęście mechanizm ten działa też w drugą stronę i spadek poziomu opadów zostaje natychmiast zatrzymany, jeśli obniżeniu ulega emisja gazów cieplarnianych. Takie wnioski płyną z badań przeprowadzonych przez naukowców z University of Reading, Imperial College London i Instytutu badan nad atmosferą i klimatem włoskiej Narodowej Rady Badań Naukowych (Consiglio Nazionale delle Ricerche). Specjaliści z tych instytucji opisali nieznany dotychczas wpływ zmian klimatycznych na takie regiony jak Kalifornia, centralne Chile i basen Morza Śródziemnego. Dotychczasowe modele klimatyczne i badania obserwacyjne sugerowały, że w miarę ocieplania się klimatu w regionach o klimacie śródziemnomorskim – z wyjątkiem Kalifornii – będzie dochodziło do spadku ilości opadów. Klimat śródziemnomorski, z jego gorącymi suchymi latami jest bardzo wrażliwy na zmiany poziomu opadów w zimie. Dlatego też często uważa je się za wskaźniki zmian klimatycznych. Dotychczas nie wiadomo było jednak, jak zmiany w koncentracji gazów cieplarnianych wpływają na klimat śródziemnomorski. Emisja gazów cieplarnianych natychmiast wpływa na klimat, jednak staje się to widoczne po wielu dziesięcioleciach, mówi główny autor badań, doktor Giuseppe Zappa. Wiemy też, że gromadzące się w górnych warstwach atmosfery gazy mogą wpływać na klimat lokalny albo bardzo szybko, zaledwie w ciągu lat, albo powoli, przez dziesięciolecia. Naukowcy, którzy do swoich badań nad klimatem śródziemnomorskim wykorzystali modele komputerowe, zauważyli, że w środkowym Chile i w basenie Morza Śródziemnego w ciągu zaledwie kilku lat dochodzi do spadku opadów w reakcji na zwiększoną emisję gazów cieplarnianych. To zaś, jak zauważył doktor Paulo Ceppi z Imperial College London, sugeruje, że stabilizacja koncentracji gazów cieplarnianych przyniesie natychmiastową korzyść zasobom wodnym w tych regionach, gdyż zatrzyma spadek opadów. Innymi słowy, podjęcie działań w tym kierunku da pozytywne efekty w ciągu zaledwie kilku lat. Podobnego zjawiska nie zaobserwowano jednak w Kalifornii. Tam zwiększenie koncentracji gazów cieplarnianych nie prowadzi do tak drastycznego spadku poziomu opadów. Naukowcy mówią, że różnica ta spowodowana jest przez ocean. Powierzchnia oceanu nie ogrzewa się równomiernie. Jedne regiony ogrzewają się szybciej niż inne. A wzorzec ogrzewania się oceanu wpływa na rozkład wiatrów i opadów. Te obszary oceanu, które ogrzewają się szybciej niż średnia, wywołują takie zmiany w rozkładzie wiatrów, które prowadzą do wysychania basenu Morza Śródziemnego. Z kolei inne obszary, które ocieplają się wolniej, wpływają na masy powietrza nad Kalifornią, powodując, że stan ten staje się bardziej wilgotny. Jednak obszary te mają niewielki wpływ na opady w innych klimatach śródziemnomorskich, wyjaśnia doktor Ceppi. Szczegóły badań opublikowano na łamach PNAS w artykule pt.: Time-evolving sea surface warming patterns modulate the climate change response of subtropical precipitation over land. « powrót do artykułu

Nawet przy dość optymistycznym scenariuszu rozwoju sytuacji klimatycznej, ludzkość może w ciągu najbliższych dziesięcioleci czekać poważny kryzys. Australijski think-tank Breakthrough - National Centre for Climate Restoration, opierając się na badaniach naukowych, m.in. na opublikowanej w PNAS pracy „Well below 2 C: Mitigation strategies for avoiding dangerous to catastrophic climate changes”, zarysował bardzo prawdopodobny scenariusz tego, co czeka nas już w ciągu kilku dekad. Australijczycy uważają, że w latach 2020–2030 politycy i społeczeństwa nie zrealizują celów zakładanych w Porozumieniu Paryskim, zatem nie przeprowadzimy zmian niezbędnych, by ograniczyć globalne ocieplenie do 3 stopni powyżej okresu sprzed rewolucji przemysłowej. Ich zdaniem do roku 2030 średnia roczna koncentracja CO2 w atmosferze wzrośnie do 437 ppm, czyli do poziomu, jaki nie występował od 20 milionów lat. Tutaj trzeba przypomnieć, że średnia roczna koncentracja tego gazu wyniosła w ubiegłym roku 409,92 ppm, czyli w ciągu jednego tylko roku zwiększyła się o 2,87 ppm. Osiągnięcie do roku 2030 wartości 437 ppm jest więc jak najbardziej realnym scenariuszem. Przy takiej koncentracji dwutlenku węgla średnia temperatura na Ziemi będzie o 1,6 stopnia Celsjusza wyższa, niż w epoce przedprzemysłowej. Rok 2030 to jednocześnie zakładany szczyt emisji gazów cieplarnianych. Ma ona od tej pory spadać, by w roku 2100 stanowić jedynie 20% tego, co ludzkość emitowała w roku 2010. Jednak taki scenariusz – o ile rzeczywiście antropogeniczna emisja zacznie się od roku 2030 zmniejszać – oznacza, że do roku 2050 średnie temperatury na Ziemi zwiększą się o 2,4 stopnia Celsjusza w porównaniu z epoką przedprzemysłową. Dodatkowo takie zwiększanie temperatury spowoduje, że zostanie uruchomionych wiele mechanizmów zwrotnych, jak zmniejszenie pokryw lodowych, zmiany w pokrywach chmur, uwolnienie dodatkowych ilości metanu z gruntu. Mechanizmy te spowodują dodatkowe ogrzewanie się Ziemi, co w sumie oznacza, że w tym scenariuszu do roku 2050 temperatura będzie o 3 stopnie Celsjusza wyższa niż w epoce przedprzemysłowej. Takie zmiany spowodują, że Zachodnia Antarktyka ociepli się o 1,5 stopnia Celsjusza, Grenlandia o 2 stopnie, a obszary wiecznej zmarzliny i Amazonia doświadczą ocieplenia o 2 stopnie. Mechanizmy te spowodują dodatkowe ocieplenie o jeden stopień. Poziom oceanów wzrośnie do roku 2050 o 0,5 metra, a do roku 2100 wzrost może wynieść 2–3 metry. Z historii geologicznej Ziemi wiemy jednak, że możliwy jest wzrost o ponad 25 metrów. Wszystko to oznacza, że do roku 2050 aż 35% lądów i 55% ludzkości będzie doświadczało rocznie ponad 20 dni, w których wysokie temperatury będą stanowiły zagrożenie dla ludzkiego życia. W przeszłości wspominaliśmy już o tym, że takie temperatury mogą panować m.in. w szybko rozwijających się miastach nad Zatoką Perską czy w Mekce. Wyjaśnialiśmy też, czym jest temperatura mokrego termometru oraz, że śmiertelnym zagrożeniem dla człowieka jest temperatura przekraczająca 35 stopni Celsjusza. Zmiany takie doprowadzić mogą do destabilizacji prądów strumieniowych w atmosferze, co niekorzystnie wpłynie na intensywność i rozkład geograficzny monsunów w Azji i Afryce Zachodniej przez co dojdzie do osłabienia Prądu Zatokowego i negatywnych konsekwencji dla Europy. Z kolei Ameryka Północna doświadczy ekstremalnych zjawisk pogodowych, w tym potężnych pożarów, susz, fal upałów oraz powodzi. Nad Chinami przestanie pojawiać się letni monsun, a w wielkich rzekach Azji – z powodu redukcji o 1/3 lodowców w Himalajach – dramatycznie spadnie ilość wody. W Andach powierzchnia lodowców skurczy się o 70%, a w Meksyku i Ameryce Środkowej opady zmniejszą się o połowę. Ponad 30% obszaru lądów doświadczy problemów z dostępem do wody, a w południowej Afryce, południowych obszarach basenu Morza Śródziemnego, zachodniej Azji, na Bliskim Wschodzie, w australijskim interiorze i południowo-zachodnich częściach USA dojdzie do poważnego pustynnienia. Załamie się wiele ekosystemów, w tym rafy koralowe, amazoński las deszczowy i Arktyka. Wiele terenów w ubogich krajach się wyludni, gdyż ludzie nie będą w stanie się tam schłodzić w czasie upałów. Śmiertelne upały będą panowały przez ponad 100 dni w roku w Afryce Zachodniej, na Bliskim Wschodzie, w Azji Południowo-Wschodniej oraz w tropikalnych częściach Ameryki Południowej. Spowoduje to, że ponad miliard osób zamieszkujących obszary tropikalne przeniesie się w inne regiony globu. Aż dwa miliardy ludzi doświadczy problemów z dostępem do wody pitnej, upadnie też rolnictwo w suchych obszarach subtropikalnych. Należy spodziewać się znacznego spadku produkcji żywności i związanego z tym gwałtownego wzrostu cen. Sytuację dodatkowo pogorszy zmniejszająca się wartość odżywcza roślin uprawnych, spadek populacji owadów zapylających, zmiany w rozkładzie monsunów, pustynnienie oraz upały w wielu ważnych obszarach obecnej produkcji rolnej. Należy też spodziewać się zatopienia delt Mekongu, Gangesu i Nilu oraz zalania znacznych części wielkich miast, jak Dżakarta, Hongkong, Szanghaj, Bangkok, Lagos czy Manila. Niektóre małe wyspy staną się niezdatne do życia, a w samym tylko Bangladeszu aż 15 milionów ludzi zostanie zmuszonych do migracji. Australijscy specjaliści stwierdzili też, że nawet jeśli ocieplenie zostanie zatrzymane na poziomie 2 stopni Celsjusza, należy spodziewać się migracji ponad miliarda ludzi. Bardziej pesymistyczne scenariusze wykraczały poza możliwości modelowania, jednak mówi się o wysokim prawdopodobieństwie końca cywilizacji w znanej nam obecnie formie. Nie można wówczas wykluczyć bowiem olbrzymich, nieprzewidywalnych zmian społecznych związanych z migracjami olbrzymiej liczby ludzi, konfliktami zbrojnymi o wodę i pożywienie. O tym, że taki scenariusz jest jak najbardziej prawdopodobny świadczyć może rosnące od kilku lat napięcie między Etiopią, Egiptem a Sudanem spowodowane przez etiopskie plany budowy wielkiej zapory wodnej na Nilu. « powrót do artykułu

Gdy wystawione na oddziaływanie słońca polimery rozkładają się w środowisku, dochodzi do uwolnienia gazów cieplarnianych: metanu i etylenu. Naukowcy z Uniwersytetu Hawajskiego w Mānoa analizowali poliwęglany, poliakrylany, polipropylen, poli(tereftalan etylenu), polistyren, a także polietyleny dużej i małej gęstości (HDPE i LDPE). Wykorzystywany w reklamówkach polietylen jest produkowanym w największych ilościach i najczęściej wyrzucanym syntetycznym polimerem na świecie. Trudno się więc dziwić, że to on okazał się najbardziej "produktywnym" emitentem obu gazów cieplarnianych. Wskaźnik emisji gazów z granulatu surowego LDPE wzrósł w czasie 212-dniowego eksperymentu. Znalezione w oceanie drobiny LDPE także emitowały gazy cieplarniane pod wpływem ekspozycji na światło słoneczne. Co więcej, raz wystawione na oddziaływanie promieniowania, uwalniały gazy cieplarniane również w ciemności. Rosnącą w czasie emisję gazów cieplarnianych z granulatu przypisujemy fotodegradacji plastiku oraz powstaniu naznaczonej pęknięciami i zagłębieniami warstwy powierzchniowej. Z czasem defekty te zwiększają powierzchnię dostępną dla dalszego fotochemicznego rozkładu, przez co rośnie także tempo produkcji gazów - wyjaśnia dr Sarah-Jeanne Royer. Produkcję metanu i etylenu może też przyspieszać powstanie mikroplastiku. Prof. David Karl dodaje, że źródło gazów w postaci plastiku nie jest uwzględniane przy ocenie globalnych cykli metanu i etylenu, a może ono mieć znaczący wpływ. Jeśli weźmie się pod uwagę ilość plastiku pływającego w morzach i oceanach oraz ilość polimerów stykających się z warunkami zewnętrznymi, na podstawie uzyskanych wyników po raz kolejny dojdziemy do wniosku, że przede wszystkim musimy ograniczyć produkcję plastików, zwłaszcza tych jednorazowych - podsumowuje Royer.   « powrót do artykułu