ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ & ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ - ΤΡΥΠΑ ΟΖΟΝΤΟΣ
Η ατμόσφαιρα τής Γης αποτελείται από δύο κυρίως αέρια, άζωτο (78%) και οξυγόνο (21%). Το υπόλοιπο 1% συμπληρώνουν τα αέρια αργόν, διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμοί, υδρογόνο, όζον, μεθάνιο, μονοξείδιο του άνθρακα, ήλιον, νέον, κρυπτόν και ξένον. Η επιστήμη διαιρεί την ατμόσφαιρα στις ακόλουθες πέντε στρώσεις (από κάτω προς τα άνω): Τροπόσφαιρα. Ύψος από 8 χμ στους πόλους έως 16 χμ στον ισημερινό. Είναι ο χώρος που ζούμε και συμβαίνουν όλα τα καιρικά και τα περισσότερα μετεωρικά φαινόμενα, περιλαμβάνει δε την πλειοψηφία των υδρατμών. Η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος και φθάνει στους μείον 50 βαθμούς Κελσίου στις τροπικές ζώνες και μείον 80 στις εύκρατες. Στρατόσφαιρα. Ύψος μέχρι 50 χμ. Η θερμοκρασία με αργό ρυθμό στην αρχή και πιο γρήγορο στη συνέχεια ανεβαίνει στους μείον 3 βαθμούς Κελσίου. Μεσόσφαιρα. Ύψος 90 χμ. Η θερμοκρασία μειώνεται μέχρι τους μείον 110 βαθμούς Κελσίου. Θερμόσφαιρα. Υπερβαίνει τα 1000 χμ. Η θερμοκρασία ανέρχεται στους 1500 βαθμούς Κελσίου (εξ’ ου και το όνομα). Εξώσφαιρα. Εκτείνεται μέχρι περίπου τα 10.000 χμ, που είναι τα έξω όρια της ατμόσφαιρας.
Το ηλιακό φάσμα ακτινοβολίας που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα συνίσταται από υπέρυθρη, ορατή, υπεριώδη, Χ , γ, και κοσμική ακτινοβολία. Από αυτή το 31% ανακλάται προς το διάστημα από σύννεφα, ατμοσφαιρικά σωματίδια και επιφάνειες πάγου και χιονιού στη Γη, και το 22% απορροφάται από την ατμόσφαιρα. Το υπόλοιπο 47%, κατά το πλείστον ορατή ακτινοβολία, θερμαίνει την επιφάνεια της Γης, η οποία για λόγους θερμικής ισορροπίας αποβάλει θερμότητα με εκπομπή υπέρυθρης.
Το 10% της εκπεμπόμενης από τη Γη υπέρυθρης ακτινοβολίας διαφεύγει προς το διάστημα και το 90% απορροφάται από ορισμένα αέρια της ατμόσφαιρας (υδρατμοί κυρίως, διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, οξείδιο του αζώτου, όζον), τα οποία με τη σειρά τους θερμαίνονται και εκπέμπουν υπέρυθρη ακτινοβολία. Το 20% διαφεύγει προς το διάστημα και το 80% επιστρέφει στη Γη και την θερμαίνει ξανά.
Η κυκλική αυτή διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να εξαντληθεί. Επειδή λειτουργεί σαν ένα θερμοκήπιο για τη Γη, έχουν δοθεί τα ονόματα Φαινόμενο τού Θερμοκηπίου και αέρια θερμοκηπίου.
Αυτή η ανταλλαγή θερμότητας διαμορφώνει στη Γη κλίμα και θερμοκρασιακή ισορροπία που επιτρέπουν την ύπαρξη έμβιας ύλης. Αν διέφευγε αμέσως προς το διάστημα όλη η υπέρυθρη ακτινοβολία, η μέση θερμοκρασία της Γης θα είχε ισορροπήσει στους μείον 18 βαθμούς Κελσίου από τους 15 τώρα. Οιαδήποτε τροποποίηση του φαινομένου θα διαφοροποιήσει τη θερμοκρασιακή ισορροπία στη Γη.
Ανάλογο φαινόμενο θερμοκηπίου παρατηρείται και σε άλλους πλανήτες, με διαφορετικές θερμοκρασιακές ισορροπίες. Έχει λεχθεί χιουμοριστικά πως η Αφροδίτη είναι πολύ καυτή (450 βαθμοί Κελσίου), ο Άρης πολύ κρύος (μείον 53 βαθμοί Κελσίου), η Γη είναι ό,τι πρέπει (15 βαθμοί Κελσίου).
Από τον αιώνα της βιομηχανικής επανάστασης (18ο αι.) άρχισαν να αυξάνονται τα ποσοστά των αερίων θερμοκηπίου από την καύση ορυκτών καυσίμων (βιομηχανία, θέρμανση), από καυσαέρια, από τσιμεντοβιομηχανίες, από καταστροφή τροπικών δασών, από αποσύνθεση οργανικών ουσιών σε χωματερές, από εντατικοποίηση ορυζώνων και αγροκτημάτων εκτροφής ζώων, από αύξηση βακτηριδίων λόγω καλλιέργειας και χρήσης λιπασμάτων αζωτούχων και ζωικών, από παραγωγή προϊόντων νάιλον και νιτρικών οξέων, από παράγωγα στην ιατρική και στα τρόφιμα (π.χ. λεκιθίνη), από παρασκευή προωθητικού καύσιμου πυραύλων, κ.ά.
Στις αρχές του 19ου αι. ο Γάλλος φυσικός και μαθηματικός Φουριέ (Jean Fourier, γνωστός και από τις σειρές και μετασχηματισμούς Φουριέ) διαπίστωσε την ύπαρξη φαινομένου θερμοκηπίου. Στα τέλη του 19ου αι. ο Σουηδός θεμελιωτής της φυσικής χημείας Αρρένιους (August Arrhenius) το επεξεργάστηκε ποσοτικά.
Ήταν όμως στη δεκαετία 1950 που έγινε αντιληπτή η ύπαρξη κλιματικών αλλαγών. Και δεν είναι μόνο αυτό· με την εξέλιξη της τεχνολογίας η ανθρώπινη δραστηριότητα προσθέτει νέα είδη αερίων, όπως διάφορα φθοριούχα παράγωγα στην επεξεργασία αλουμινίου και θειούχα παράγωγα στην παραγωγή ηλεκτρικών μονωτήρων, ιδίως όμως προσθέτει χλωροφθοράνθρακες (και άλλες συναφείς χημικές συνθέσεις) κατά την παραγωγή συστατικών ψυγείων, αφρών για πυροσβεστήρες και έπιπλα και καθίσματα αυτοκινήτων, μονωτικών, διαλυτικών καθαρισμού, αεροζόλ, κλιματιστικών, κλπ. Οι χλωροφθοράνθρακες διαθέτουν πολύ μεγάλη ικανότητα απορρόφησης θερμότητας. Το διοξείδιο του θείου και εν γένει τα οξείδια και οι βιομηχανικές ρυπογόνες ουσίες προκαλούν όξινη βροχή. Το μεθάνιο μειώνει την ικανότητα αυτοκαθαρισμού της ατμόσφαιρας από ρυπαντές και προκαλεί ζημιές στις σοδιές. Το μονοξείδιο του αζώτου από τα καυσαέρια, μετασχηματίζεται σε αιθαλομίχλη.
Η αύξηση των ποσοστών των αερίων θερμοκηπίου και ο εμπλουτισμός τους με νέα αέρια συνεπάγεται τη συγκράτηση μεγαλυτέρων ποσοτήτων υπέρυθρης ακτινοβολίας και επίταση τού φαινομένου θερμοκηπίου. Το κλίμα γίνεται θερμότερο. Την τελευταία 100ετία η μέση θερμοκρασία της Γης αυξήθηκε κατά 0,6 βαθμούς Κελσίου. Το ανεπιθύμητο ανθρωπογενές αυτό φαινόμενο οι επιστήμονες το αποκαλούν Παγκόσμια Θέρμανση. Εάν δεν ληφθούν αποφασιστικά μέτρα, υπάρχει ενδεχόμενο αύξησης της θερμοκρασίας έως 5,8 βαθμούς Κελσίου μέχρι το 2100, με κίνδυνο την τήξη τών πολικών πάγων και τών παγετώνων, την άνοδο τής θαλάσσιας στάθμης, παρατεταμένες ανομβρίες, μεγάλες πλημμύρες, τυφώνες κλπ.
Στη στρατόσφαιρα συγκεντρώνεται το 95% περίπου του όζοντος (το όνομα του προκύπτει από το ότι μυρίζει άσχημα). Εκεί σχηματίζει τη στοιβάδα όζοντος, η οποία απορροφά την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία (προκαλεί καρκίνο του δέρματος, βλάβη στο ανοσοποιητικό, καταρράκτη, καταστρέφει τη βλάστηση κ.ά), και πολεμά διάφορους ρυπαντές, όπως μονοξείδιο άνθρακα, οξείδια αζώτου, μεθάνιο κλπ. Συνιστά έτσι μία ασπίδα προστασίας για τη Γη. Γι’ αυτό, το όζον της στρατόσφαιρας αποκαλείται «καλό όζον», ενώ το υπόλοιπο 5% που βρίσκεται στην τροπόσφαιρα είναι το «κακό όζον», διότι δημιουργεί φωτοχημικό νέφος, προκαλεί ερεθισμούς, αναπνευστικά προβλήματα, πονοκεφάλους, ζημιές σε ζώα και φυτά κλπ.
Τη δεκαετία 1970-80 ένα Βρετανικό κέντρο έρευνας περιβάλλοντος, το British Antarctic Survey (BAS), διαπίστωσε δραματικές απώλειες όζοντος πάνω από την Ανταρκτική (νότιος πόλος), σε βαθμό που η σημαντική αραίωση στη στοιβάδα τού όζοντος να δημιουργεί μία τεράστια τρύπα, την Τρύπα του Όζοντος. Αραίωση υπάρχει και στην Αρκτική (βόρειος πόλος) όχι όμως του μεγέθους της Ανταρκτικής. Στον ισημερινό η αραίωση έχει τη μικρότερη τιμή. (Φήμες λένε πως ο δορυφόρος ΤΟΜS είχε προγραμματισθεί να δίδει ως δυσανάγνωστες τις χαμηλές τιμές όζοντος. Η δημοσίευση τών μετρήσεων τού BAS ανάγκασαν τους αρμόδιους να αλλάξουν τη ρύθμιση).
Η αραίωση τού όζοντος οφείλεται στην επενέργεια των εκπεμπόμενων από την ανθρώπινη δραστηριότητα αερίων θερμοκηπίου. Οι διάφοροι χλωροφθοράνθρακες είναι αβλαβείς στην τροπόσφαιρα, όμως στην περιοχή του όζοντος μετασχηματίζονται μέσω χημικών ενώσεων υπό την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας και παράγουν οξείδια χλωρίου και βρωμίου, τα οποία είναι δολοφόνοι του όζοντος, χαίρουν δε άκρας μακροζωίας φθάνοντας τα 200 χρόνια.
Στην Ανταρκτική δημιουργούνται στο κάτω μέρος της στρατόσφαιρας, κατά τη διάρκεια τού χωρίς ηλιακό φως χειμώνα (Μάιος-Ιούλιος), ισχυροί στροβιλισμοί ανέμων με πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (μείον 80 βαθμοί Κελσίου) που προκαλούν την εμφάνιση Πολικών Στρατοσφαιρικών Σύννεφων, τα οποία με τη σειρά τους οδηγούν σε χημικές αντιδράσεις μετατρέπουσες τα ανενεργά στοιχεία χλώριο και βρώμιο σε ενεργές μορφές οξειδίων. Η επιστροφή τού ηλιακού φωτός ενεργοποιεί τη διαδικασία απώλειας του όζοντος. Έτσι η Ανταρκτική έχει «πλεονέκτημα».
Για την προστασία του όζοντος το 1985 στη διάσκεψη της Βιέννης αποφασίσθηκαν οι διαδικασίες συνεργασίας σε διεθνές επίπεδο, και στη βάση αυτή το 1987 υπεγράφη το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ από 36 χώρες, οι οποίες δεσμεύτηκαν να περιορίσουν τις εκπομπές οζοκτόνων αερίων στο ήμισυ μέχρι το 2000, ιδίως χλωροφθορανθράκων, χωρίς όμως να επιτευχθεί ο στόχος. Ακολούθησαν αρκετές αναθεωρητικές διασκέψεις (Ελσίνκι ‘89, Λονδίνο ’90, Ναϊρόμπι ’91, Κοπενχάγκη ’92, Μπανγκόκ ’93, Βιέννη ’95, Μόντρεαλ ’97, Πεκίνο ’99). Το 1989 η Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ) πρότεινε, με συναίνεση των ΗΠΑ, να εφαρμοσθεί κατά τη διάρκεια του 1990 ολική απαγόρευση, χωρίς πάλι να υπάρξει επιτυχία. Το 2002 εξέδωσε την Οδηγία 2002/3/ΕΚ προς τα μέλη-κράτη. Το 1995 περισσότερα από 100 έθνη συμφώνησαν να σταματήσει η παραγωγή μικροβιοκτόνων από τις αναπτυγμένες χώρες. Το ίδιο έτος είχε σταματήσει η παραγωγή χλωροφθορανθράκων και προβλέπεται μέχρι το 2010 να σταματήσει και από τις αναπτυσσόμενες χώρες. Επιτρέπεται όμως για μερικά έτη ακόμη η παραγωγή υδροχλωροφθορανθράκων ως υποκατάστατων λόγω μικρής επίδρασης στο όζον. Το 1991 η NASA εκτόξευσε το δορυφόρο UARS (Upper Atmosphere Research Satellite) για να παρακολουθεί το όζον. Σήμερα το Πρωτόκολλο Μόντρεαλ φέρει τις υπογραφές 190 χωρών και κάποια ελπίδα διαφαίνεται. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Μετεωρολογίας έχει εκτιμήσει ότι μέχρι το 2050 θα αποκατασταθεί το όζον, όμως πρόσφατες έρευνες δείχνουν μακρύτερα. (Στην Ανταρκτική είναι αδύνατες οι μετρήσεις από Μάιο μέχρι Ιούλιο λόγω χειμώνα και απόλυτου σκότους).
Για τις κλιματικές αλλαγές και το φαινόμενο θερμοκηπίου ο ΟΗΕ συγκάλεσε διάσκεψη το 1992 στο Rio de Janeiro. Παραβρέθηκαν αντιπρόσωποι 154 χωρών και συμφώνησαν στη μείωση, μέχρι το 2000, εκπομπών αερίων θερμοκηπίου από τις βιομηχανικές χώρες σε επίπεδα κάτω του 1990. Αποφασίσθηκε δε να γίνονται, με αρχή το 1995, διασκέψεις κάθε έτος (Βερολίνο, Γενεύη, Κυότο, Βουένος Άιρες, Μπον, Χάγη, Μπον & Μαρακές, Νέο Δελχί, Μιλάνο, Βουένος Άιρες, Μόντρεαλ, Ναϊρόμπι, Μπαλί, Βαρσοβία, Κοπεγχάγη). Στη διάσκεψη του Κυότο το 1997 υπεγράφη το Πρωτόκολλο του Κυότο, σύμφωνα με το οποίο οι βιομηχανικές χώρες αναλαμβάνουν την υποχρέωση να μειώσουν, από το 2008 μέχρι το 2012, τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κατά μέσον όρο 5,2% κάτω των ορίων του 1990, με κάποιες εξαιρέσεις σε αναπτυσσόμενες χώρες και σε ειδικά ιατρικά θέματα, και με δυνατότητα σε χώρες που έχουν επιτύχει το στόχο, να πουλάνε την επιπλέον μείωση σε άλλες που έχουν δυσκολία στη μείωση. Η επικύρωση του πρωτοκόλλου από τις χώρες που υπέγραψαν δεν έχει ολοκληρωθεί και αδρανεί, ιδίως από το 2001 που οι ΗΠΑ ανακοίνωσαν πως η επικύρωση θα ήταν πολύ δαπανηρή, εναντιώθηκαν δε στο μέτρο απαλλαγής των αναπτυσσόμενων χωρών. Ανάλογη στάση είχε και η Αυστραλία. Μέχρι τώρα το έχουν επικυρώσει 172 χώρες, το 62% περίπου των υπόχρεων χωρών. Οι ΗΠΑ και η Αυστραλία συνεχίσουν την άρνηση.
Το πρωτόκολλο άφησε πολλά θέματα ανοιχτά για επίλυση στις ετήσιες διασκέψεις περί κλιματικών αλλαγών. Στην ανεπιτυχή της Χάγης το 2000 υπήρξε διαφωνία μεταξύ Ε.Ε και ΗΠΑ, Καναδά, Ιαπωνίας, Αυστραλίας, που ήθελαν μέτρα πιο χαλαρά. Στη Μπον και στο Μαρακές το 2001 υπήρξε κάποια πρόοδος. Στο Μόντρεαλ το 2005 η διάσκεψη αποτέλεσε την πρώτη συνέχεια του πρωτοκόλλου Κυότο και αποφασίστηκε η επέκταση της ισχύος του πέραν του 2012. Στη δεύτερη συνέχεια στο Ναϊρόμπι το 2006 ακούστηκε ο ειρωνικός για κάποιους αντιπροσώπους όρος περί «τουριστών κλίματος-climate tourists». Η τρίτη θα γίνει στο Μπαλί το Δεκέμβριο 2007, η τέταρτη στη Βαρσοβία το 2008 και η πέμπτη στην Κοπεγχάγη το 2009. Στη μη δεσμευτική διακήρυξη της Ουάσινγκτον το Φεβρουάριο 2007 οι G8 (ΗΠΑ, Καναδάς, Ρωσία, Ιαπωνία, Γερμανία, Ηνωμένο Βασίλειο, Γαλλία, Ιταλία) και επιπλέον Κίνα, Ινδία, Βραζιλία, Μεξικό και Νότιος Αφρική, συμφώνησαν κατ΄αρχήν στη σύνταξη εντός του 2009 ενός πρωτοκόλλου διαδόχου του Κυότο. Πέραν των πιο πάνω, διάφορα συνέδρια συγκαλούνται συχνά σε διάφορα μέρη της γης. Τον Ιανουάριο 2007 οι χώρες της ΕΕ συμφώνησαν σε Ευρωπαϊκή ενεργειακή πολιτική με μείωση εκπομπών αερίων κατά 20% μέχρι το 2020, και αύξηση κατά περίπου 14% στην παραγωγή ηλιακής και αιολικής ενέργειας. Δεσμεύθηκαν ακόμη να προχωρήσουν και σε άλλα μέτρα, όπως παραγωγή καυσίμου από φυτά και χρήση λαμπτήρων φθορισμού.
Στα μαθηματικά μοντέλα με υπολογιστές οι παράμετροι προσομοίωσης δεν είναι πλήρως διακριβωμένες ποιοτικά και ποσοτικά. Π.χ. θα μπορούσε να διατυπωθεί πως η αύξηση της θερμοκρασίας τής επιφάνειας της γης θα προκαλέσει μεγαλύτερη εξάτμιση και κατά συνέπεια περισσότερα σύννεφα, οπότε και μεγαλύτερη ποσότητα ανακλώμενης προς το διάστημα ηλιακής ακτινοβολίας, μειώνοντας έτσι το απορροφούμενο από την επιφάνεια της γης ποσοστό ενέργειας, με αποτέλεσμα μικρότερη αύξηση της θερμοκρασίας και τελικά κάποιο αντιζύγισμα στην επιφερόμενη από το φαινόμενο θερμοκηπίου αύξηση. Το συμπέρασμα είναι πως η ανθρωπότητα και σε αυτό το πρόβλημα πρέπει να διατρέξει, γρήγορα και αποφασιστικά, δρόμο ούτε βραχύ, ούτε εύκολο.
Αχιλ. Σ. Ξανθουλέας
Dott. Πολιτικός Μηχανικός
ΜSc Υδραυλικός-Υδρολόγος Μηχανικός
τ. Τομεάρχης ΔΕΗ - Ίλαρχος ε.α