Megjegyzések a globális felmelegedéshez

A szerkesztő megjegyzése: Szaklapunk fontosnak tartja, hogy a kis példányszámú, esetenként belső körben terjesztett, de értékes épületgépészeti vonatkozású orgánumokat bemutassa valamilyen formában. Ezek egyike a Magyar Energetika, amelynek cikkeiből időről időre szemezgetni fogunk. A lap megrendelhető az alábbi oldalon: http://www.met.mtesz.hu/

Alaptételek

1. A Föld a világűrben termikus egyensúlyban van. A Napból kapott energiát teljes egészében visszasugározza a világűrbe.

2. A monumentális modellek eredményeiben nagyon nagy az eltérés (jelen évszázadra 1,1-6,4 °C felmelegedés, IPCC, Intergovermental Panel of Climate Change), nagyon bizonytalan intézkedéseket lehet ezekre alapozni.

3. A reális értékekhez való alkalmazkodás tervezése biztonságosabbnak látszik, mint az erőltetett megelőzés. Az energiaforrások eloszlása és a megújulókban rejlő tényleges kapacitások determinálják a lehetőségeket.

A jelenlegi helyzet

Az egész világon a legnívósabb tudományos műhelyek, a politika és a társadalom elsőrendű témájává vált az éghajlatváltozás, és ezen belül is a globális felmelegedés. Közvetlenül mindenki csak a saját lakóhelyének környezetében észleli a jelenségeket. Globálisan csak a Föld teljes megfigyelésének alapján lehet valamit megállapítani. Régiónként van, ahol kedvezőnek érzik a változást, van, ahol kedvezőtlennek. A kérdés az, hogy minden tényezőt figyelembe véve a Föld egészére milyen hatások érvényesülnek, előnyösek vagy előnytelenek.

Vannak tények, és van a prognózis vita. A tény kevés. A legfontosabbak:

– Az utóbbi 200 évben az átlaghőmérséklet emelkedett (közel 10 °C-kal), a légkör szén-dioxid-tartalma lényegesen emelkedett (280 ppm-ről 385 ppm-re).

– A jégmezőknél némi zsugorodás tapasztalható.

Tény azonban az is, hogy a prognózisok lényegesen eltérnek egymástól. Az évszázadunkra 1,10 °C-tól 6,40 °C-ig terjedhető (IPCC) globális felmelegedést is jeleznek.

Bizony nem mindegy, melyik érték valósul meg. Az irodalomban a fő bemenő adatok között igen nagy különbségek vannak. A Nap hőmérsékletére 5700 és 6100 K között találunk értékeket. A Nap-állandóra 1270-től 1395 W/m2 közötti értékek szerepelnek. Bizonytalan a felhők szerepe (a legfontosabb üvegház-komponens), az albedó (általánosságban az albedó egy felületre érkező elektromágneses sugarak visszaverődési képességének mérőszáma), a növényzet szerepe, a jégmezők és a tengermozgások folyamatai stb. Az „élő” Föld, úgy tűnik, komplexen nem modellezhető (az eddigi világmodellek is zátonyra futottak). A részletek modellezése ezután is hasznos információkat nyújthat. A globális vizsgálatokhoz ezután is egyenlőre az egyszerűbb modellek a legmegbízhatóbbak.

A földi albedóval való számítás igen nagy bizonytalanságot jelent. Az átlagos értéket az irodalomban 0,2-0,3 között adják meg. Ezért célszerű máshonnan közelíteni a légkör felmelegedését. A légköri hőmérsékletváltozás a sugárzási viszonyok változása és az összetételváltozás oldaláról közelíthető a legegyszerűbben és legbiztonságosabban. A sugárzási viszonyok miatti felszíni felmelegedés az átlagos teljes felmelegedés. Ekkor benne foglaltatik az összetétel miatti változás is, ami a gázok sűrűsége és a fajhőjének változása miatt következik be.

A Föld termikus egyensúlyban van a világűrben, tehát ami a világűrből (Napból) a Földre áramlik, azt vissza is sugározza a világűrbe. Tulajdonképpen egy Föld-állandót is meghatározhatunk. A globális átlaghőmérséklet nem változik, csak a légrétegek hőmérséklet-eloszlása rendeződik át, a változások pl. a CO2-koncentráció növekedése következtében. A Föld-állandó értéke a mért 255 K hőmérséklet alapján:

SF = 5,67.. = 239,74 W/m2

A CO2-tartalom miatti fajhő (ρ) és sűrűség (cp) okozta hőmérsékletváltozás a légkörben tárolt hőmennyiség állandó értéke alapján számítható. A CO2 a levegő oxigénjéből keletkezik, így a térfogat nem változik, de a tömegváltozás miatt a sűrűség igen.

A CO2 miatt a ρ és a cp változik, tehát a szorzatuk változását kell figyelembe venni a megváltozott ΔT kiszámításához.

A CO2-koncentráció növekedése esetén ρ növekszik a CO2 nagyobb sűrűsége miatt, a cp csökken a CO2 kisebb fajhője miatt. A cp-szorzat növekszik, mert a ρ jobban növekszik, mint ahogy a cp csökken. A tárolt hőmennyiség állandósága esetén a cp növekedése miatt a légkör teljes tömegének átlaghőmérséklete csökken. A réteghőmérsékletek eltolódása következik be, a felsőbb rétegek tovább hűlnek, míg az alsóbbak a sugárzási törvényektől vezérelve növekednek.

A cp miatti hőmérsékletváltozás

Ahol ΔT – a 350 ppm CO2-koncentrációhoz képesti koncentrációnövekedés miatt kialakult hőmérsékletkülönbség.

Az egyszerűbb modellel, a légkör határán lévő egyensúlyi hőmérséklet számításával érzékeltethető, mennyire nem mindegy, milyen értéket veszünk fel, amikor következetesen alkalmazzuk a Stefan–Boltzmann törvényt. A légkör határára számított egyensúlyi hőmérsékletnél az üvegházgázok még nem játszanak szerepet. A földfelszínre felírt mérlegegyenletnél a Beer-törvény figyelembevételével a légkörben lévő szén-dioxidot egyenértékű gázrétegként kezeljük. Ez a feltevés az elnyelés esetében helytálló, a kisugárzásnál azonban a paraméterváltozásokat figyelembe kellene venni (modelleknél ennél sokkal erősebb közelítéseket alkalmaznak).

A Föld felületére írva fel a mérlegegyenletet, a gázréteg közbeiktatása miatt magasabb hőmérséklet adódik.

S=1385 W/m2;Te=279,5 K

Ahol S a Napállandó, W/m2
pl – a Föld felületére redukált CO2-rétegvastagság és a nyomás szorzata, m.bar
ag – a CO2-rétegen áthaladó sugárzás intenzitásának gyengülése
εg – a CO2 relatív emissziós tényezője
Te – a Föld felületén a hőmérséklet, K

Példaként kiválasztva egy reális értéket, jó prognózist kapunk.

Az 500 ppm-re való növekedés maximum 10 °C hőmérsékletemelkedést okozhat!!!

A Föld energetikai egyensúlyának, a hőcsere mellett, vele közel egyenértékű, számos összetevője van. A modellek eredményei közötti nagy eltérés alapján arra a következtetésre lehet jutni, hogy a bonyolult modellekben a sok közelítés az összekapcsolásukat nem teszi lehetővé.

A részletes tanulmányunk számszerűleg bemutatja a felmelegedés szempontjából számba vehető legfontosabb folyamatokat, és azok jelentőségét. A vitathatatlan, de egyszerűbb globális számításokkal kapott globális hőmérséklet-emelkedés értéke, az 1-1,5 °C, nem elhanyagolható, de nem ad megoldhatatlan feladatot az emberiség számára. Ez alapján felkészülve koncentrálni lehet az emberiség számára legnagyobb problémára, a szegénység felszámolására és az életszínvonal globális emelésére.

Tehát szerzők által alkalmazott modellel – a szerzők véleménye alapján – a szén-dioxid-tartalom kétszeresre való növekedéskor 100 év alatt a földi hőmérséklet kb. 1-1,50 °C-kal növekszik. Ez uralható változás, de fel kell készülni az ebből adódó következményekre.

Összefoglalva
Tanulmányunk végkövetkeztetéseként, reális értékeket elfogadva, érdemesebb a nagy energiákat a változásokra való felkészülésre fordítani, és nem belehajszolni a világot egy finoman szólva is kilátástalan és óriási költségeket felemésztő küzdelembe. Új elveken alapuló energiafejlesztési módok segíthetnének!

Ki kell mondani, a megújulók (helyesen: közvetlen természeti energiák!, „direct natural energies”) csak segítenek, de megoldani a jelentős költségtöbblet árán sem tudják a problémát!

Lehetetlen és erkölcstelen elvárni, hogy a fejlődő országok polgárai (pl. Kína, India stb.) ne igényeljék a jelen technikai színvonalnak megfelelő kulturált életszínvonalat és kényelmet maguknak. Ezek a népek jelenleg fajlagosan az üvegházgázok egytizedét bocsátják ki, a fejlett országok lakosai kibocsátásához viszonyítva. Energiaszükségletük növelését elsősorban fosszilis forrásokból (szén: World Energy Council, 2007. évi Konferencia, Róma, november) tudják és fogják biztosítani.

Az üvegházgáz-mentes atomenergia jelenleg a világ primer energiájának mindössze csak 7%-át fedezi, tehát jelentős növelése igen nagy tőkeigény mellett sem nyújt megoldást (emellett a jelenlegi, általánosan alkalmazott technológiával az uránkészlet is csak 60-70 évre elegendő!).

A globális felmelegedés korlátozását mindenekelőtt a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésével kívánják elérni. Ezek a próbálkozások ez ideig kevés sikert mutatnak. A csökkentés megkezdését világviszonylatban már 1995-ben tervezték. Ebből semmi nem lett, de az ennél nemzetközileg jelentősen nagyobb súlyú Kyoto-i egyezmény óta sincs említésre méltó trendváltozás. Az 1997. december 11-én aláírt egyezmény óta eltelt tíz évben a szén-dioxid-tartalom kb. 355 ppm-ről 380 ppm-re változott.

Dr. Reményi Károly – Dr. Gróf Gyula, BME