KLIIMAMUUTUSED loeng (1)

Globaalsed kliimamuutused
Kasvuhooneefekt
Osoon
Aune Altmets, MSc
Euroakadeemia
Keskkonnakaitse teaduskond
Olulisemad teemad:
Kliimamuutuste olemus ja põhjused.
Kliimamuutused geoloogilises ajaloos.
Kliimamuutuste mõju erinevatel laiuskraadidel.
Kasvuhooneefekti olemus ja peamised
kasvuhoonegaasid.
ÜRO kliimamuutuste raamkonventsioon ja Kyoto
lepe.
Osoon ja osooniekraan.
Osooniauk Antarktika kohal ja selle
tekkemehhanism.
Kliima on ikka ja alati muutunud. Seda põhjustavad erinevad
globaalsed protsessid. Kliimasüsteem nagu teised suured
looduslikud süsteemid on isereguleeruv ja rakendab oma
stabiilsuse säilitamiseks mitmesuguseid tagasisidesid ja
kompenseerivaid mehhanisme.
Infot kliima kohta Maa geoloogilises ajaloos on võimalik saada:
1) jää puursüdamikest ­ hapniku ja vesiniku isotoopkoostis
peegeldab sademete formeerumise temperatuure ning
mullikesed (suletised) sisaldavad õhuproove jää moodustumise
aegsest atmosfäärist.
2) ookeani põhjasetetest ­ süvaookeani karbonaatsete setete
hapniku ja süsiniku isotoopkoostis peegeldab miljonite aastate
jooksul toimunud kliimamuutusi.
Saadud andmed näitavad, et jääkilbid on kasvanud ja kahanenud
ning geoloogilisel ajaskaalal on see toimunud sageli ning
regulaarsete tsüklitena.
Võimalikud põhjused
Kõige pikema perioodiga (200-500 milj. a.) muutused on
tingitud Päikesesüsteemi liikumisest läbi Galaktika.
Mandrite triiv, mägede teke, maapinna ja ookeanide
konfiguratsioonide muutused toimuvad ajaskaalas
miljon kuni sada miljonit aastat.
Maa orbiidi ja telje muutlikkus.
Päikese aktiivsuse kõikumine.
Ookeani tsirkulatsiooni muutused.
Vulkaaniline aktiivsus.
Atmosfääri koostis.
Kliima mõjutajad
Maa kliimasüsteemi "katel" on Päike.
Pilved muudavad atmosfääri saabuvale kiirgusele vähem või rohkem
läbipaistvaks ning reguleerivad nii energia laekumist. Ka saab
atmosfäär pidurdada või soodustada soojuskiirguse lahkumist
maailmaruumi.
Vesi peegeldab pealelangevast kiirgusest tagasi vähe, kõrbe pind aga
palju. Seega on oluliseks energiabilansi reguleerijaks ookeani ja
mandri suhtelised proportsioonid ning nende paiknemine. Mida
rohkem on ookeani seal, kus Päike paistab seniidi lähedalt, seda
enam akumuleerub pealelangevat energiat.
Mõningad võimalused kliimat reguleerida peituvad ka biosfääris. See
mõjutab maismaa pinna peegeldusomadusi, atmosfääri gaasilist
koostist ja pilvede tekkimist.
Milankovitchi tsüklid
Kliima muutumises on olemas astronoomilised tsüklid. Milutin
Milankovitchi (1879-1958) nime järgi tuntud teooria seletab
viimase poole miljoni aasta jääaegade ja jäävaheaegade kliima
tsüklilist muutumist Maa orbitaalse liikumise perioodiliste
häiretega. Jäätumist või jää sulamist põhjustab jäätumisohtlike
laiuskraadide keskmisest halvem või parem varustatus
kiirgusenergiaga.
Orbiidi kuju muutub 100 000 a. tsükliga.
Maa telje kalle muutub 41 000 a. tsükliga.
Pöörlemistelje asend muutub 23 000 a. tsükliga.
Pilved
Kõige kiirema toimega energia peegeldumise regulaatorid on
pilved. Pilvede kiirgust tagasipeegeldav võime on vähemalt
sama hea kui kõrbelistel mandritel. Pilves ilmaga jõuab
maapinnani palju vähem kiirgusenergiat kui selge ilmaga.
On leitud seos Päikese aktiivsuse, kosmiliste osakeste ja Maa
pilvkatte vahel. Mida rohkem jõuab Maa atmosfääri suure
energiaga kosmilisi osakesi, seda rohkem moodustub madalaid
pilvi ning jahedam on kliima.
Päikese aktiivsus
Kosmiliste osakeste hulk Maa atmosfääris sõltub üheltpoolt
küll ümbritsevatest täheprotsessidest, kuid veelgi enam
Päikese aktiivsusest. Kõrge aktiivsuse korral on Päikest
ümbritsev heliosfäär piisavalt tugev, et ,,kaitsta" Maad
kosmilist päritolu osakeste eest.
Mida kõrgem on Päikese aktiivsus,
seda madalam on Maa atmosfääris
kosmilist päritolu isotoopide
kontsentratsioon.
Päikese aktiivsus
Päikese aktiivsuse langusega kaasneb kliima jahenemine.
Maunderi miinimumi (1645-1715) vältel ilmus Päikese
pinnale kokku 50 plekki hariliku 40 000-50 000 asemel.
Pikad tsüklid, eriti mitu järjestikust ,,jahutavad" samuti
kliimat. Daltoni miinimumi (1790-1820) ajal tsüklid 12 ja 14
aastat.
Päikese aktiivsus
Seos päikesetsükli pikkuse ja
põhjapoolkera maismaa
temperatuuri vahel (Labitzke,
1987).
W-arvude 11-aastase perioodiga
libisev keskmine ja globaalne
keskmine merepinna temperatuuri
anomaalia (ühikuks 1951-1980
aasta keskmisest kõrvalekalle 0,01
K) (Christiansen jt., 2007).
Ookeani roll
Vee tihedus suureneb soolsuse kasvades ja temperatuuri
alanedes. Ookeani konveieri käivitabki ja hoiab töös vee
tiheduse muutumine.
Ekvaatori piirkonnast põhjapoole liikuv soe vesi aurustub ja
annab ära soojust. Aurustumise tagajärjel suureneb vee
soolsus. Soolanev ja jahenev vesi muutub tihedamaks ja
sukeldub Põhja Atlandi piirkonnas, ning liigub külma
süvahoovusena tagasi lõuna suunas.
Ookeani roll
Ookean on kliimasüsteemi soojussalvesti. Võrdluseks:
atmosfääri kogu soojusmahtuvus võrdub maailmaookeani 3,2
m paksuse kihi omaga. Suure soojusmahtuvuse tõttu silub
ookean atmosfääri muutlikkust, mistõttu on kliimamuutustes
valdavad rohkem kui 25-aastased perioodid.
Lühemaajalist (2-7 aastat) mõju kliimale avaldavad ookeani
ja atmosfääri koostöös sündinud El Niño/La Niña tsüklid.
El Niño ­ pinnavee erakordne soojenemine Vaikse Ookeani
idaosas.
La Niña ­ vastupidine nähtus; toimub pinnavee erakordne
jahenemine.
El Niño
El Niño koos Lõuna-
ostsillatsiooniga e. ENSO
mõjutab kliimat Vaikse
Ookeani piirkonnas ja
Põhja Ameerikas. Eriti
võimas El Niño võib
avaldada mõju ka
Euroopas.
AO ja NAO
Olulised Euroopa kliima mõjutajad on arktiline ostsillatsioon
(AO) ja Põhja-Atlandi ostsillatsioon (NAO). Nende
indeksitega iseloomustatakse õhurõhu geograafilisi kontraste.
AO kajastab põhjapoolkera õhurõhu erinevust polaar- ja
kesklaiuste vahel. Positiivne indeks näitab suuremat kontrasti.
Siis puhuvad tugevad läänetuuled, mis toovad tsükloneid
Atlandilt üle Põhja-Euroopa kirdesse ja itta.
NAO näitab rõhukontrasti Assooride kõrgrõhkkonna ja Islandi
madalrõhkkonna vahel. Suure kontrasti ehk indeksi positiivse
väärtuse korral toovad võimsad õhukeerised rohkem Atlandi
niisket õhku Põhja-Euroopasse. 1970. aastatest on sageli NAO
indeks talvekuudel positiivne. Siit ka valdavalt soojad ja
lumevaesed talved.
Vulkaanid
Maakeral on ligikaudu 800 tegevvulkaani.
Vulkaanipurskega paiskub atmosfääri tuhka ja gaase ­
süsihappegaasi, vingugaasi, lämmastiku-, kloori-, väävli-, fluori-
ja broomiühendeid. Väävliühenditest moodustuvad Päikese UV-
kiirguse toimel fotokeemilise reaktsiooni teel väävelhappe aurud,
mis tõusevad kuni kümne kilomeetri kõrgusele. Sellised
väävelhappepilved võivad püsida kuni kaks aastat pidades nii
kinni päikeseenergiat.
El Chichoni purse 1982. aastal paiskas õhku 20 000 000 tonni
väävlit sisaldavaid gaase ja peent tuhka ning 80 000 000 tonni
veeauru. Maale jõudnud päikeseenergia hulk vähenes mõõdetud
punktides ligikaudu 2%.
Süsihappegaas atmosfääris
Soojadele perioodidele on omane suhteliselt suur CO2 sisaldus
õhus. Selle muutumist mõjutavad protsessid võivad olla
küllaltki keerulised ega pole lõpuni selged.
Praegu arvestatakse hoolega antropogeensete allikate panuseid.
Palju ebaselgem on küsimus, kuhu atmosfääri paisatud süsinik
jääb. Selle selgitamiseks uuritakse õhu CO2 sisalduse
muutumise kõrval O2/N2 suhet mõlema poolkera kohal.
Hapniku sisaldus väheneb tõesti mõlema poolkera õhus, kuid
see toimub aeglasemalt kui eeldaks CO2 juurdekasv. Põlemisel
läheb hapnik CO2 ja H2O koostisse. Vahe CO2 emissiooni
mahu ja atmosfääri kogunemise määra vahel läheb nii mandrite
kui ookeani biosfääri arvele.
Keskmine temperatuur ja atmosfääri CO2 sisaldus geoloogilises
ajaskaalas. Vaid Karboni lõpus ja Permi alguses olid nii temp.
kui CO2 sama madalad kui praegu.
Kliimamuutused holotseenis
Info kliima muutumise kohta pärast viimast jääaega pärineb
puude aastarõngastest, viirsavist, Gröönimaa jääkilbi
puursüdamikest ning merepõhja setetest.
Aastarõngaste põhjal on kindlaks tehtud, et viimase kaheksa
tuhande aasta jooksul on olnud neli suhteliselt sooja ning viis
suhteliselt külma ajavahemikku. Eriti soe oli kliima vahemikus
7300-4900 aastat tagasi, kuid mitte ühtlaselt vaid tsükliliselt.
Soojad perioodid olid veel 3300 ja 2750 aastat tagasi ja nn.
keskaja kliimaoptimum (800-1300). Pärast väikest jääaega (1450
- 1850) algas kliima soojenemine. 20. sajandi keskpaiku kliima
küll lühikeseks ajaks mõnevõrra külmenes, kuid sellele järgnes
eriti kiire soojenemine 1990. aastatel.
Kliimamuutuste mõju erinevatel
laiuskraadidel
Globaalne kliima ja temperatuur on eelkõige statistilised
näitajad, mis arvutatakse lokaalsete andmete põhjal.
Muutused globaalsetes parameetrites ei pruugi kajastuda
kindlate ilmingute või nähtustena looduses, kuna eelkõige on
need mõjutatud lokaalsest kliimast. Möödunud sajandi
globaalse temperatuuri tõusuks on hinnatud 0,6 kraadi.
Erinevatel laiuskraadidel ilmneb see tõus erinevalt.
Ekvaatoril ei avaldu see peaaegu üldse, põhja aladel on
soojenemine olnud olenevalt piirkonnast kuni 3 kraadi.
Lõunapoolkera kliima on pigem veidi jahenenud.
Muutused polaaraladel
Maismaast on jääga kaetud ~15 miljonit km²,
ookeanist 7-8%.
Siberi ja Põhja-Ameerika polaaralade temperatuur on
viimase 40 aasta jooksul tõusnud keskmiselt 2 kraadi. Samas
Gröönimaa lääneosa ja Baffini lahe piirkond pigem
jahenevad. Muutused on piirkonniti ja sesooniti erinevad.
Suuremad on just talvetemperatuuride tõusud. Stabiilsemad
on rannikuäärsed piirkonnad tänu ookeanile. Tugev mõju
piirkonna kliimale on arktilisel ostsillatsioonil, mis 1990.
aastatel oli eriti kõrge.
AO indeksi muutused
AO ja NAO kõrge indeksi korral tungib Atlandi soe vesi
sügavale Arktika basseini.
Arktilise merejää pindala väheneb igal aastal maist
septembrini.
Antarktika
Lõunapoolkeral on temperatuur langenud umbes 0,2° C iga
kümnendi kohta. Mõõtmistulemused näitavad temperatuuri
langemist ka Antarktika sisemaal ja idaosas. Samas on
pidevalt soojenenud Lääne-Antarktika. Sealsed liustikud on
viimase kümne aasta jooksul oluliselt kiiremini liikuma
hakanud. Põhjuseks on ookeanist lähtuv soe voolus, mis
pääseb liustiku suudmeni jääd altpoolt sulatama. Muutuste
taga võib olla ka Antarktika vulkaaniline aktiivsus.
Antarktika
Liustikud
Liustike jäämass oleneb lokaalsest kliimast ehk milline on
sulavee äravoolu ja jää juurdekasvu tasakaal. Et liustik püsiks,
peab jää juurdekasv ületama äravoolu. Juurdekasvu tagavad
sademed. Kõvast pakasest üksi ei piisa, kui lund pole või on
vähe. Suurimad mandrijää levikualad on ümbritsetud
ookeanidest, mis on valdava osa aastast jääkatteta ning
seetõttu pidevaks sademete allikaks.
Viimastel kümnenditel on ülekaalus liustike taandumised.
Eriti drastiline on kadu Alpi liustike puhul. Alates 1850.
aastast on pindala vähenenud 30-40%, mass poole võrra.
Kasvutrendi on täheldatud osade Kanada, Lõuna-Norra ja
Patagoonia liustike juures.
Lõuna-Norra liustike mahu muutused 1963-2004
Merepinna tõus
Ajavahemikul 10 000­6500 aastat tagasi tõusis ookeani veepind
jääajajärgse liustike intensiivse sulamise tõttu meeter sajandis,
ajavahemikul 6500­5000 aastat tagasi 0,37 meetrit sajandis,
viimase 1500 aasta kestel aga detsimeeter sajandis. Viimasel
sajandil on ookeani veetase tõusnud ligikaudu 10­15 cm. Tõus
pole tingitud üksnes liustike sulamisest, seda mõjutavad näiteks
ookeaninõgude muutused.
Soojenemine alates 1990-ndatest on toonud kaasa merepinna
tõusu 3,2 mm/a.
Hoovuste reziimi muutumine
Jää tekke ja sulamise muutused võivad avaldada mõju ookeani
tsirkulatsioonile. Arktika merejää oluline vähenemine võib
pidurdada Golfi hoovuse liikumist. Golfi hoovuse seiskumine
muudaks tublisti jahedamaks kogu Skandinaavia, Lääne-Siberi
ja Euroopa kliima.
Soojenemine avaldub enam kõrgetel laiuskraadidel, seega
väheneb temperatuuride erinevus troopika ja põhjapoolsete
alade vahel. Pealegi vähendab merevee soolsust magevee
pealetung Gröönimaa liustike sulamisest. Sellised ilmingud
panid teadlased muretsema Golfi hoovuse aeglustumise või
koguni seiskumise pärast.
Viimased mõõtmised näitavad, et märgid Golfi hoovuse
aeglustumise kohta puuduvad.
Kuumalained
WMO määratluse järgi: 5 järjestikusel päeval on keskmine
temperatuur olnud 5 kraadi kõrgem 1961-1990 aastate
keskmisest. Kuiva ilma korral võib selline temperatuuritõus
kaasa tuua ulatuslikke metsapõlenguid ning suuri kahjusid
põllumajandustoodangule.
Kestev tavapärasest kuumem ilm on ohuks peamiselt
vanematele inimestele, väikelastele, kroonilistele haigetele,
samuti ülekaalulistele. Kuumalained on ühed ohvriterohkemad
ilmastikunähtused. Aastatel 1992-2001 põhjustas erakordne
kuumus USA-s rohkem surmajuhtumeid (2190) kui üleujutused
(880) või orkaanid (150).
2003. a. kuumalaine Euroopas põhjustas 35 000 inimese surma.
Kese oli Prantsusmaal, kus viis hauda 15 000 inimest.
Üleujutused
Üleujutused sõltuvad peamiselt sademete sesoonsest ja
piirkondlikust jaotusest. Oma osa on ka inimtegevusel.
Massiivne metsaraie mägipiirkondades muudab üleujutused
ulatuslikumaks. Linnade või muu inimasustuse rajamine
üleujutusalade piirkonda suurendab võimalikke kahjusid.
Ajavahemikul 1975-2001 registreeriti Euroopas 238 üleujutust.
Nende aastane esinemissagedus on selle perioodi vältel
kasvanud.
Aastane sademetehulk on eelmise sajandi jooksul Põhja-
Euroopas suurenenud 10-40%; samas on Lõuna-Euroopas
piirkondi, kus sademed on vähenenud 20%.
Üleujutuste esinemissagedus Euroopas 1998-2002
Kliima soojenemine tundus ühtäkki ohtlik. Valitsused ja
rahvusvahelised organisatsioonid nõudsid teadlastelt vastust,
miks kliima muutub ja kuidas võimalikke kahjulikke
tagajärgi vähendada. Kiires korras loodud matemaatiliste
kliimamudelite seas jäi võitjaks kasvuhooneefekti hüpotees.
See saigi rahvusvaheliste kliimaläbirääkimiste aluseks.
Vastavalt sellele tunnistati kliima soojenemise peasüüdlaseks
kasvuhoonegaaside (eelkõige CO2) hulga suurenemine
atmosfääris.
Uuringutest selgus tõepoolest, et CO2 sisalduse suurenemine
atmosfääris 20. sajandil vastab üsna täpselt aasta keskmise
õhutemperatuuri tõusule maakera pinnal. Vastavuse põhjus
paistis ka selge olevat: CO2 koos teiste KHG-ga, mille hulka
kuulub ka veeaur, tõkestab Maa soojuskiirguse hajumist
maailmaruumi.
Kasvuhooneefekt
Osa maapinnalt peegelduvast soojuskiirgusest neeldub
atmosfääris leiduvates gaasides. Need kliima- ehk
kasvuhoonegaasid tagavad planeedile märksa soodsamad
elutingimused, kui see oleks võimalik kiirgusliku tasakaalu
puhul. Maa keskmine temperatuur pinnalähedases õhukihis
on +15°C; kiirgusliku tasakaalu korral oleks see -18°C.
Kliimagaase leidub atmosfääris üle 40. Tuntumad neist on
veeaur, CO2, CH4, N2O, maalähedane O3 ja fluoreeritud
gaasid.
Veeaur
Veeaur H2O on peamine
kasvuhoonegaas, mille arvele langeb 90-
95% kasvuhooneefektist.
Süsihappegaas
Süsihappegaas ehk süsinikdioksiid CO2 eraldub:
fossiilsete kütuste põletamisel;
metsade mahavõtmisel. CO2 on neeldunud puudesse, kuid
kui metsa raiutakse, pääseb suur kogus süsihappegaasi
atmosfääri. Eriti suur on see probleem troopilistel aladel, kus
massiliselt hävitatakse vihmametsi;
lubja (kaltsiumoksiidi ehk tsemendi) tootmisel;
ookeanide soojenemisel. Ookeanis on 60 korda rohkem CO2
kui atmosfääris;
hingamisel;
organismide lagunemisel.
Metaan
Metaan CH4 on värvusetu, lõhnatu õhust kergem gaas -
maagaasi põhikomponent, mida kasutatakse kütusena.
Metaani eraldub:
märgaladest, eriti riisikasvatustest;
koduloomade (mäletsejate) seedeprotsessi tulemusel;
prügilatest;
soodest ja rabadest.
Enamasti toodavad seda gaasi bakterid ja teised
mikroorganismid vesinikust ja süsihappegaasist.
Metaani soojustneelav toime on tugevam kui
süsihappegaasil.
Dilämmastikoksiid
Dilämmastikoksiid e. naerugaas N2O eraldub:
pinnasest (peamiselt troopikas);
ookeanist;
lämmastikväetiste lagunemisel mullas;
heitvee töötlemisel;
biomassi põletamisel;
autotranspordist,
nailonkiu tootmisel;
kunstlikul niisutamisel.
Halogeenitud süsivesinikud
Inimese loodud gaasid.Tööstusriikidest pärinevatest
kasvuhoonegaaside heitmetest moodustavad need umbes
1,5%. Tegemist on väga tugevamõjuliste gaasidega ­ ühe
molekuli kasvuhooneefekt võib kümneid ja sadu kordi
ületada CO2 oma. Võivad atmosfääris püsida aastakümneid.
Kõige massilisemalt on kasutatud ühendit F11 (CFCl3) ja
F12 (CF2Cl2). Neid gaase enam ei toodeta ega kasutata, kuid
nende tagavara atmosfääris püsib veel mitukümmend aastat.
Osoon
Osoon O3 stratosfääris moodustab elu kaitsva osoonikihi, kuid
maalähedastes kihtides leiduv osoon on kliimagaas. Peale selle
kahjustab osooni liigne kontsentratsioon taimi, loomi ja inimesi
otseselt kui nende jaoks mürgine aine.
Võrreldes möödunud sajandi teise poolega, mil tehti esimesi
õhu osoonisisalduse uuringuid, on troposfääri osoonisisaldus
kasvanud kahe- kuni kolmekordseks.
Kogu atmosfääri osoonist paikneb troposfääris 10 %. Euroopa
kohal kasvab troposfääri osoonisisaldus 1.5 % võrra aastas.
Osoon tekib enamasti suvel, fotokeemiliste reaktsioonide
tulemusel. Eelduseks on atmosfääris olevad NOx-d ja
metaanivabad lenduvad orgaanilised ühendid (NMVOC), mis
mõlemad pärinevad transpordivahendite heitgaasidest.
ÜRO kliimamuutuste
raamkonventsioon
1992. a. sõmiti Rio de Janeiros maailma keskkonnaekspertide
ja -ministrite tippkohtumisel rahvusvaheline
keskkonnakaitsekokkulepe (UN Framework Convention on
Climate Change, lühend UNFCCC). Raamkonventsiooni
eesmärk on stabiliseerida atmosfääris olevate KHGde
kontsentratsioon sellisele tasemele, mis hoiaks ära ohtlikud
inimese poolt esilekutsutud globaalse kliimasüsteemi
muutused.
Ehkki algupärane UNFCCC ei pannud riikidele mingeid
kindlaid KHG emissioonide piirväärtusi, siis selle täiendavad
osad ­ protokollid ­ seadsid ratifitseerinud riikidele kindlad
nõudmised. Nendest tuntuim on 1997. aastal sõlmitud Kyoto
protokoll.
ÜRO kliimamuutuste
raamkonventsioon
Konventsiooni kõrgeim institutsioon on COP - Conference of
the Parties. Sisaldab endas kõiki riike, kes ratifitseerisid
konventsiooni, sh. Eesti. COP tuleb kokku kord aastas ja selle
ülesanne on täiendada ja vaadata pidevalt üle konventsiooni ja
sellega seonduvat. COPil on ka õigus teha parandusi, võtta vastu
uusi leppeid ning määrata täiendavaid kohustusi.
Teadus- ja tehnoloogiaküsimustes nõustab COPi SBSTA (The
Subsidiary Body for Scientific and Technological Advice).
Maksustamise ja konventsiooni elluviimisega seotud
probleemidega tegeleb SBI (The Subsidiary Body for
Implementation). Raha ja tehnoloogiate arengumaadesse
sisseviimise eest hoolitseb GEF (Global Environment Facility).
ÜRO kliimamuutuste
raamkonventsioon
Sekretariaadi ülesandeks on COP kohtumiste korraldamine,
ametlike dokumentide mustandite koostamine, raportite
ülevaatamine ja kokkukorjamine, lisaks vahendab erinevaid
konventsiooni institutsioone ning koordineerib nende
tegevust.
Konventsiooni sisu osas on nüüdseks täielikult kokkuleppele
jõutud. UNFCCC ütleb, et probleem on olemas ja midagi
tuleb ette võtta. Mida, millal ja kuidas ette võtta, määrab
Kyoto lepe ­ konventsiooniga seotud rahvusvaheline
kokkulepe. Seega vaidlused COP konverentsidel ei käi enam
UNFCCC, vaid hoopis Kyoto leppe ümber.
Kyoto lepe
Sõlmiti 1997. a. Jaapanis Kyotos COP3 toimumise käigus.
28. artiklist koosneva Kyoto leppe ülesandeks on näidata,
kuidas kõige efektiivsemalt ja odavamalt pidurdada kliima
muutumist. Kyoto leppe järgi peavad tööstusriigid
vähendama aastateks 2008 - 2012 oma KHG keskmiselt
vähemalt 5% võrreldes 1990 tasemega.
Sveits, enamus Euroopa Liidu riikidest 8%, USA 7%,
Kanada, Ungari, Jaapan ja Poola 6%.
Venemaa, Uus- Meremaa ja Ukraina peavad emissioonid
stabiliseerima.
Norra võib emissioone tõsta 1%, Austraalia 8% ja Island
10% võrra.
Kyoto lepe
Leppe jõustumiseks pidid liituma sellega niipalju riike, et
nende summaarne CO2 emissioon ületaks 55%.
Kyoto lepe jõustus 2005. a. pärast Venemaa-poolset
ratifitseerimist.
Suurimateks kliimaleppe vastasteks on USA ja
Austraalia. Ka mõned teised arenenud riigid on lepet
ebaõiglaseks pidanud, kuna liituma ega KHG emissioone
ei pea piirama sellised suured arengumaad nagu India,
Hiina ja Brasiilia. Leppe nõrkuseks peetaksegi asjaolu, et
majanduse nõrgestamise hinnaga tuleb KHG piirata vaid
arenenud riikidel.
Kyoto mehhanismid:
­Emission Trading ­ emissioonidega kauplemine. Kui riik peab
vähendama oma emissioone aastaks 2012 6% võrra, kuid suudab
vähendada 7%, siis ülejäänud 1% võib ta müüa teisele riigile, kes
oma eesmärki ei suutnud täita.
­Clean Development Mechanism ­ puhta arengu mehhanism ­
toimib arenenud ja arengumaade vahel. Kui tööstusriik peab
saaste vähendamist oma maal liiga kulukaks, võib investeerida
tehnoloogiaid, eksperte ja raha arengumaadesse, aidates neil nii
kohe üle minna säästva arengu põhimõtetele.
­Joint Implementation ­ ,,ühise eesmärgi poole püüdlemine".
Arenenud riigid vahetavad tehnoloogiaid ja informatsiooni, vastu
saavad raha või teatud tonnid süsinikku.
Kyoto leppe efektiivsus
ÜRO ekspertide ennustuste järgi pidurdub Kyoto leppe täitmise
korral maailma kliima soojenemine aastaks 2100 0,1°.
Reaalne elu: KHG-de emissioonid on võrreldes 1990. aastaga
kasvanud 40%. Iga-aastane stabiilne tõus on ~2%.
Euroopa tahab aastaks 2020 tõsta taastuvate kütuste osakaalu
20%-ni (praegu 6,7%, millest 2/3 moodustab biokütus);
transpordi osas peaks biokütused moodustama 10% (2007. a.
2,6%). OECD hinnangul on nõudlus biokütuste järgi tõstnud nii
õli kui toiduainete hindu. Kasvav turg on suurendanud
troopiliste piirkondade põllumaade pindala, seda looduslike
rohumaade ja troopiliste vihmametsade arvel.
Globaalne temperatuur
Maapinnalt mõõdetud temperatuuri kõikumised 1850-2005
(IPCC, 2007).
Põhjapoolkera temperatuuri anomaaliad 1000-2000
(IPCC, 2001).
Viimase 2000 aasta keskmine globaaltemperatuur
(Spencer, 2007).
Keskmise temperatuuri erinevus praegusega võrreldes
viimase 415 000 a. jooksul (Petit jt., 1999).
Globaalne temperatuur
Globaalse temperatuuri mõõtmine on keerukas ülesanne.
Maa kohal registreeritakse õhutemperatuuri regulaarselt
tuhandetes jaamades. Kliima muutuste hindamise seisukohalt
on väärtuslikumad vanemad (vähemalt 150 a.) jaamad.
Enamus neist asuvad linnades või nende läheduses. Linnad
"kütavad" atmosfääri asfaltteede, betooni jm. hoonestuse abil.
2/3 Maa pinnast on kaetud veega. Õhutemperatuuri mõõtmine
meteojaamade stiilis võimatu. Peamiselt kasutatakse
veetemperatuuri andmeid, mis teisendatakse õhutemperatuuri
väärtusteks. Enamus andmeid pärit peamistelt laevateedelt; ei
kata maailmamerd ühtlaselt.
Globaalne temperatuur
Andmed puuduvad laiade ookeani alade, Antarktika,
Gröönimaa, Sahaara ning Brasiilia vihmametsade kohta.
Puuduvad andmed saadakse matemaatikas tuntud
lähendusmeetodeid kasutades. Temperatuuri puhul aga, kus
muutused võivad tsüklonite mõjul olla väga järsud, sellised
meetodid adekvaatseid tulemusi ei taga.
Täpset temperatuuri üle kogu Maa on võimalik arvutada
satelliidimõõtmiste abil. Mõõdetakse molekulaarse hapniku
emissiooni intensiivsust eri õhukihtidest. Viimane on
võrdeline õhukihi temperatuuriga. Satelliidimõõtmiste kaetus
on 95%.
Globaalne temperatuur
Aasta keskmised globaalse
(keskmise) temperatuuri
anomaaliad maapealsete
(CRU) ja satelliidi-mõõtmiste
(MSU) alusel.
Maapealsed mõõtmised
näitavad vaid soojenevat
trendi, satelliidimõõtmised
kord soojenevat, kord
jahenevat trendi.
Linna
soojussaared
Inimmõju tõstab temperatuuri:
linnakeskkonnas mõõdetud Suured asulad: üle
miljoni elaniku
õhutemperatuurid keskmiselt 2 (29 jaama)
kraadi kõrgemad võrreldes
looduslikus keskkonnas Keskmised asulad:
mõõdetuga. Suur mõju on 100000 kuni
betoonil, asfaldil, massiivsetel miljon elanikku
(51 jaama)
kivist ehitistel, kuna
akumuleerivad soojust. Väikesed asulad:
alla 100000 elaniku
(27 jaama)
CO2
kontsentratsiooni
tõus
Atmosfääri CO2 kontsentratsiooni on alates 1960-ndatest
registreeritud USA riikliku ookeani- ja atmosfääri
uurimiskeskuse observatooriumis Hawaiil asuva
tegevvulkaani Mauna Loa põhjaküljel. Sealt saadud
pikaajalised andmed olid üheks esimeseks kindlaks tõendiks
atmosfääri süsihappegaasisisalduse tõusu kohta ning neile
toetusid kasvuhooneefekti kaudu kliima soojenemist
seletavad arvutused.
Temperatuuri ja CO2 muutused
holotseenis
Temperatuuri ja CO2 muutused
1998-2008
Atmosfääris oleva CO2
kontsentratsiooni mõju
globaalse temperatuuri
tõusule (Archibald, 2007).
CO2 mõju temperatuuri tõusule on logaritmiline, seega
klimaatiline tundlikkus kontsentratsiooni kasvades väheneb.
Teisisõnu: CO2 kontsentratsiooni esimesed 20 ppm
avaldavad temperatuurile olulisemat mõju kui järgmised 400
ppm.
Tugev positiivne või negatiivne korrelatsioon kahe sündmuse
vahel ei tähenda ilmtingimata nende sündmuste omavahelist
põhjuslikku seost. Korrelatsioon võib ilmneda ka näiteks
ühiste põhjuste olemasolul. Põhjuste ülesleidmine ei ole
kerge, kuid kliima muutumise seletamiseks ei piisa ainult
statistilistest seostest. Vaja on mõista ka nende taga olevaid
mehhanisme.
Antarktika puursüdamike andmeil on õhutemperatuuri tõus
igas kliima soojenemise tsüklis ennetanud CO2 sisalduse
kasvu õhus.
Kliimat ei mõjuta mitte inimtegevusest tulenev CO2 hulk
atmosfääris, vaid temperatuurimuutused ookeani pinnavees.
Ookeani soojenemine ja jahtumine sõltuvad saabuvast
päikesekiirgusest. Selle hulka mõjutavad kõige efektiivsemalt
pilved. Nende moodustumisel on oma roll Päikese aktiivsuse
tsüklitel. Aktiivne Päike ,,peletab" Maa atmosfäärist kosmilised,
peamiselt täheprotsessidest pärinevad suure energiaga osakesed,
mis soodustavad atmosfääri ionisatsiooni ja sellega pilvede teket.
Nii on Päikese madala aktiivsuse perioodil pilvisus ulatuslikum
ning ookean soojeneb vähem.
Praegu asub Päikesesüsteem Galaktika spiraalharus, kus kosmiliste
osakeste võimalik kontsentratsioon on tublisti kõrgem võrreldes
harude vahelise ruumiga. Spiraalharudes aset leidvad supernoova
plahvatused on peamised suure energiaga osakeste allikad.
Päikesesüsteemi väljumisel spiraalharust ootab planeeti ees jälle
soojenemine. Miljonite aastate ajalugu näitab, et soojaperioodide
ajal saavutab kliimasüsteem tasakaalu ~22°C juures.
Maa pikaajalist kliimaajalugu vaadates võib näha, et elame praegu
jääajas. Viimase 400 000 aasta vältel on 86% ajast olnud
temperatuur madalam kui praegu. Pikad jääajad on vaheldunud
üürikeste jää-vaheaegadega. Kogu tsivilisatsiooni ajalugu mahub
vaid 12 000 aastat kestnud soojenemisperioodi, millele eelnes 100
000-aastane jääaeg.
Osoon
Osoon (O3) ehk trihapnik on iseloomuliku terava lõhnaga
sinakas, suhteliselt ebapüsiv gaas. Osoon on väga tugevalt
oksüdeeriv ja kiiresti lagunev aine .
Osoonikiht ehk osonosfäär ümbritseb Maad 10-50 km
kõrgusel. Osonosfäär tekkis 300-500 milj. aastat tagasi
hapnikku tootvate bakterite, fotosünteesi, päikese (ultraviolett)
ja kosmilise (lühilainelise) kiirguse toimel. Suurim
osoonisisaldus on 20-26 km kõrgusel.
Osoonikihi tähtsus seisneb selles, et ta neelab Päikeselt tulevat
lühilainelist UV-kiirgust ja infrapunast kiirgust, olles seega
kasvuhoonegaas.
Põhjapoolkera
kesklaiuste
vertikaalne
osooniprofiil.
UV-kiirgus lõhub DNA molekuli keemilisi sidemeid.
Osooniekraan seob täielikult UV-c (200-280 nm) ja
osaliselt UV-b (280-320 nm) kiirgust. Kõige
vähem peab osoon kinni UV-a (320-400 nm) kiirgust.
Osooni molekulide elutsükkel
Osooni molekulide lisandumiseks on vajalikud hapniku aatomid,
mis ühinevad kahest aatomist koosnevate hapniku molekulide
külge. Need aatomid tekivad stratosfääri kõrgemates kihtides, kus
UV-kiirguse kvandid lainepikkusega alla 242 nanomeetri lõhuvad
hapniku molekule aatomiteks (fotodissotsiatsioon).
O2 + h = O + O
O 2 + O = O3
O3 + h = O2 + O
O + O 3 = O 2 + O2
Üheaegselt toimub uute molekulide teke ja olemasolevate
lagunemine. Katalüsaatoritena lagunemisel toimivad hüdroksüül
OH, lämmastikoksiidid NOx ja halogeenid (kloor, broom).
Loomulikus olukorras on teke ja lagunemine tasakaalus.
Osooniaugud
1984 1997
Osoonikihi paksus Põhja-
Ameerika kohal.
1970-ndatel avastati, et osoonikiht hõreneb kohati tugevalt. 1985.
aastal avastasid teadlased osoonikihi olulise hõrenemise ehk nn.
osooniaugu Antarktika kohal.
Ligi poole osooni lagunemisest põhjustab hüdroksüülitsükkel,
~20% pannakse NOx-de arvele, ülejäänud kloor ja broom.
Viimaste lisandumisel atmosfääri on inimesel oluline roll tänu
kloororgaaniliste ainete kasutusele.
Vajalikud tingimused lagundajate tekkeks: väga madal talvine
temperatuur + kevadine soojenemine ja päikesekiirgus.
Osoonikihi paksus 1970.-ndatel ja 1990-ndatel.
Skaala Dobsoni ühikutes (1/100 mm).
Kloor ja osoon
Kloori allikaks on erinevad kloororgaanilised ühendid. Troposfääris on
need inertsed, kuid stratosfääri ülakihtidess lagunevad UV-kiirguse (alla
220 nm) toimel. Vabaneb kloor, mis on ülimalt efektiivne osooni
lagundaja.
CFCl3 + h = CFCl2 + Cl
Cl + O3 = ClO + O2
ClO + O = Cl + O2
Analoogselt klooriga toimib broom, mille katalüütiline toime on kloori
omast tugevamgi. Kuna seda leidub atmosfääris oluliselt vähem,
kantakse broomi arvele 10 -20 % katalüütilisest lagunemisest.
Freoonid ja haloonid
Freoonid-1 ehk klorofluorosüsivesinikud (CFC) -- ei lahustu vees, ei
ole mürgised ega põle, on kergesti veeldatavad ja tavaelus inertsed (ei
reageeri ühegi ainega). Avastati 1930. aastatel. Neid kasutati
külmutusagendina külmutus- ja kliimaseadmetes, lahustina
elektroonikatööstuses, vahtplasti, värvi ja laki tootmisel,
tulekustutusvahendites ning parfümeeria- ja ravimitööstuses.
Atmosfääri sattunud freoonid jäävad sinna ringlema 10­200 aastaks.
Freoonid-2 ehk osaliselt halogeenitud klorofluorosüsivesinikud (HCFC)
-- töötati välja CFC-de esimeseks asendusaineks. HCFC-d lagunevad
tunduvalt kergemini kui CFC-d.
Haloonid -- klorobromosüsivesinikud; kasutatakse tulekustutus-
vahendites. Hävitavad osooni 3­10 korda rohkem kui freoonid; samas
kasutatakse neid tunduvalt vähem.
Osooniauk Antarktika kohal
Talveks moodustub pooluste kohale stratosfääri ümbritsevast
õhust isoleeritud vastupäeva pöörlev tugev tsükloni pööris,
milles tekivad polaarsed stratosfääri pilved.
Esmalt külmub temperatuuril alla -77°C jääkübemeteks
lämmastikhappe ja vee segu ning temperatuuri langedes alla -
85°C ka puhas veeaur. Nende jääkübemete pinnal toimuvad
keemilised reaktsioonid, mis muudavad muidu osooni suhtes
passiivsed klooriühendid (HCl, ClONO2) aktiivselt osooni
lagundavateks ühenditeks (ClO).
Osooniauk Antarktika kohal
Pilvede jääkübemed kasvavad ja langevad stratosfäärist alla viies
nii sealt ära lämmastikoksiidide tooraine. Lämmastiku ja
klooriühendite tasakaal mängib aga olulist rolli osooni käekäigus.
Mõlemad katalüsaatorid reageerivad omavahel; tulemuseks on
üsna stabiilne ja osoonile ohutu gaas:
ClO + NO2 = ClONO2
Kui tasakaalu pole, asub kogu ülejääk reageerima osooniga.
Varakevadises polaarses stratosfääris on Cl ja ClO sisaldus kuni
500 korda kõrgem kui muidu ning NOx-de sisaldus tunduvalt alla
tavalise. Nii hakkabki halogeenide katalüüsival vahendusel
tormiline osooni hävimine.
Osooniekraani tulevik
1987. a. sõlmitud Montreali Protokolli kohaselt pidi freoonide
tootmine vähenema 1998. aastaks 50% võrra. Freoonide eluiga
on üle saja aasta. Isegi nende tootmise täielik lõpetamine ei
avaldaks kohest mõju osooniekraanile.
Praeguseks on osooni hävitavate ainete paiskamine atmosfääri
pidurdunud, kuid taastumisprotsess võtab aega. Ennustatakse, et
aastaks 2050 võib osooni hulk taastuda ja saavutada 50-60ndate
aastate taseme.
Kirjandus:
Archibald, D. 2007. The Past and Future of Climate.
http://www.warwickhughes.com/agri/pastandfuture.pdf
Arctic Climate Research at the University of Illinois, 2008.
http://arctic.atmos.uiuc.edu/
Christiansen, F., Haigh, J.D., Lundstedt, H. 2007. Influence
of Solar Activity Cycles on Earth's Climate.
http://esamultimedia.esa.int/docs/gsp/completed/C18453Ex
S.pdf
Climate change 2001. Synthesis report. IPCC. Cambridge
University Press.
EEA Briefing 1/2005 - Climate change and river flooding in
Europe.
http://www.eea.europa.eu/publications/briefing_2005_1
Eerme, K. 2007. Soe El Niño, külm La Niña. - Horisont, nr
3. http://www.horisont.ee/node/116
Eerme, K. 2008. Keskkonnaõpetus.
http://meteo.physic.ut.ee/kkfi/index_files/kalju_eerme/Kesk
konnaopetus_2008.pdf
Elken, J. 2009. Merehoovuste trikid. - Horisont, nr 1.
http://www.horisont.ee/node/846
Hieb, M. 2009. Climate and the Carboniferous Period.
http://www.geocraft.com/WVFossils/Carboniferous_climat
e.html
Illarionov, A. 2004. The Kyoto Protocol: an Assault on
Science, Economic Growth, and Human Freedoms.
http://www.iea.ru/article/kioto_order/kyoto.ppt
Jutras, P. 2007. Alarmist Global Warming Models vs the
Geological Record.
http://www.smu.ca/academic/science/geology/bios/documen
ts/ALARMISTGLOBALWARMINGMODELSVSTHEGE
OLOGICALRECORDHongKong2007.pdf
Kallaste, T. 2001. Eesti kui ÜRO kliimamuutuste
raamkonventsiooni liikmesriik. SEI. Tallinn.
Labitzke, K. 1987. Sunspots, the QBO, and the stratospheric
temperature in the North Polar region. ­ Geophysical
Research Letters, 14, 535.
McKitrick, R.R., Michaels, P.J. 2007. Quantifying the
influence of anthropogenic surface processes and
inhomogeneities on gridded global climate data. - J.
Geophys. Res., 112.
http://www.uoguelph.ca/~rmckitri/research/jgr07/M&M.JG
RDec07.pdf
Murdmaa, I. 2004. Kliima soojenemises on süüdi päike ja
ookean. - Horisont, nr 5.
http://www.loodusajakiri.ee/horisont/artikkel341_326.html
Nestor, H., Raukas, A., Veskimäe, R. 2004. Maa
Universumis. Möödanik, tänapäev, tulevik. Tallinn.
Raukas, A. 2006. Kliima ja teadusmüüdid meie ümber. -
Horisont, nr 4.
http://www.loodusajakiri.ee/horisont/artikkel728_710.html
Raukas, A. 2008. Liustike embuses. - Horisont, nr 4.
http://www.horisont.ee/node/571
Singer, S.F. (toim.) 2008. Nature, Not Human Activity,
Rules the Climate. Chicago, IL: The Heartland Institute.
http://www.sepp.org/publications/NIPCC_final.pdf
Spencer, R.W. 2009. How Do Climate Models Work?
http://www.drroyspencer.com/2009/07/how-do-climate-
models-work/