Skleníkové plyny

Za nejúčinnější antropogenní skleníkové plyny jsou pokládány:

• vodní pára[1]
• oxid uhličitý
• methan
• ozon[2]
• oxid dusný
• částečně a zcela fluorované uhlovodíky (HFC a PFC)
• fluorid sírový
• tvrdé (chlor-fluorované uhlovodíky) a měkké freony (HCFC),
• halony
• řada dalších plynů (např. SF₅CF₃, NF₃, CF₃I).

Emise antropogenních skleníkových plynů jsou kontrolovány Kjótským protokolem a Rámcovou úmluvou, použití halonů a freonů je kontrolováno Montrealským protokolem a jeho dodatky.

Koncentrace CO₂ vzrostla od poloviny 18. století (předprůmyslové období) z hodnot kolem 280 ppm na hodnotu 379 ppm v roce 2005 a v současnosti (2019) dosahuje již hodnot vyšších než 400 ppm. Jde tak pravděpodobně o nejvyšší hodnotu, které bylo za uplynulých 650 tisíc let dosaženo (hodnoty se v této minulosti pohybovaly v rozpětí přibližně 180 až 300 ppm). Přestože míra nárůstu oxidu uhličitého vykazuje určitou meziroční variabilitu, průměrný roční nárůst koncentrace např. v období 1995 – 2005 byl 1,9 ppm, zatímco v období 1960 – 2005 1,4 ppm. Roku 1960 byly emise CO₂ na obyvatele přibližně 3 tuny, roku 1990 4 tuny a roku 2010 necelých 5 tun.[3] Podíl na kumulativních emisích CO₂ od roku 1751 byl v roce 2015 následující: USA 25,7 %, EU28 21,8 % (z toho Německo 5,9 %, UK 5 %, Francie 2,4 %, ... ČR 0,5 %), Čína 12,2 %, Rusko 6,4 %, Japonsko 4 %, Indie 2,9 %, Afrika 2,5 %, Kanada 2 %.[4]

Koncentrace CH₄ se za stejné období zvýšily z přibližně 715 ppb na 1774 ppb a koncentrace N₂O z hodnot kolem 270 ppb na 319 ppb. Fluorované uhlovodíky a fluorid sírový jsou látkami novými, které se v předprůmyslovém období nevyskytovaly[5], [6]. Panel vědců publikoval v roce 2018 studii dokládající, že nesnížená produkce skleníkových plynů lidskou civilizací bude mít pravděpodobně za následek významnou změnu ve složení a biodiverzitě pozemských ekosystémů.[7]

CO₂ ekvivalent

Skleníkové plyny jsou podle svého potenciálního příspěvku ke skleníkovému jevu atmosféry klasifikovány potenciály globálního oteplování (PGO), jehož jednotkou je příspěvek ke skleníkovému efektu jedné molekuly CO₂. Pomocí těchto koeficientů je možné určit tzv. ekvivalent CO₂ (zapisováno jako CO₂ ekv.), tedy množství CO₂, které by mělo ekvivalentní příspěvek ke skleníkovému jevu atmosféry stejný jako množství příslušného plynu.

Skleníkový plyn	Koncentrace (roky)		Změna oproti roku 1780	Přirozené a antropogenní zdroje	PGO (ekvivalent CO2)	Procentní podíl na skleníkovém jevu
	1780	1995
vodní pára	0,2 - 4 objemová procenta, průměrně 1,3		?	Moře, oceány, sladkovodní zdroje – hydrosféra obecně	viz sekce "vodní pára"	36-72
CO2	280 ppm	360 ppm	+ 29 %	spalování fosilních paliv a biomasy (80 %); odlesňování; Aerobní rozklad organických látek; lesní požáry; vulkanická činnost; eroze …	1	9-26
CH4	0,70 ppm	1,70 ppm	+ 143 %	Mokřady, močály a tundra (20 %); anaerobní rozklad organických látek, termiti, spalování biomasy a skládky odpadů (5 %); zpracování zemního plynu a ropy, uhelné zdroje, úniky plynu (10 %); chov dobytka, pěstování rýže (25 %); tání permafrostu	20	4-9
N2O	280 ppb	310 ppb	+ 11 %	Lesy; louky; oceány; půda; zpracování půdy; zemědělská hnojiva; spalování fosilních paliv a biomasy, změna v užívání půdy	200
CFC (freony)	0	300 - 900 ppt	-	Chladicí zařízení (30 %); aerosoly (30 %); plastické pěny (32 %), rozpouštědla, počítačový průmysl, sterilanty, farmaceutický průmysl (8 %)	7 500	může být značný[8]
Ozón (O3)	-	82 ppb	Globální množství pokleslo ve stratosféře a vzrostlo v blízkosti zemského povrchu	Vytváří se přirozeně reakcí fotochemickou reakcí slunečního záření s molekulami kyslíku a uměle jako součást fotochemického smogu	2000	3-7

Největší procento skleníkového efektu představují vodní páry, při jasné obloze je to mezi 36 % a 66 %, při zamračené obloze se je to mezi 66 % a 85 %.[9] Koncentrace vodních pár regionálně kolísají, ale lidská činnost přímo neovlivňuje jejich koncentrace, s výjimkou lokálních měřítek, jako jsou například zavlažovaná pole. Lidské aktivity, která zvyšuje globální teploty, nepřímo zvyšují také koncentrace vodních pár, což je proces známý jako zpětná vazba vodní páry.[10] Atmosférická koncentrace páry je velmi variabilní a závisí do značné míry na teplotě, od méně než 0,01 % v extrémně chladných oblastech až po 3 % hmotnostní v nasyceném vzduchu při asi 32° C.[11] Vodní pára se neustále tvoří a kondenzuje v relativně krátkém čase, její doba setrvání v atmosféře je velmi krátká na rozdíl například od CO₂, který v atmosféře setrvává velmi dlouho. Od 65 % do 80 % CO₂ uvolněného do ovzduší se rozpouští v oceánech po dobu 20–200 let. Zatímco vodní pára je skutečně nejdůležitějším skleníkovým plynem, problémem, který z něj dělá zpětnou vazbu (spíše než forcing), je relativně krátká doba pobytu vody v atmosféře (okolo 10 dní).[12] Proto nemá význam určovat CO₂ ekvivalent vodní páry. Vodní pára má podstatný vliv na energetickou bilanci planety Země nejen pro svůj vysoký vliv na „globální oteplování“ jako „skleníkový plyn“, ale také na změny celkového albeda Země v důsledku tvorby oblaků. Přitom v závislosti na globální a lokální optické hustotě oblačnosti a denní době může být vliv oblačnosti na tepelnou bilanci kladný i záporný. Absorpční pásy jednotlivých skleníkových plynů se překrývají, proto je jejich podíl na celkovém skleníkovém efektu proměnlivý kvůli tomu, že hlavní skleníkový plyn vodní pára (H₂O) má v nejvlhčích a horkých oblastech tropů až 100× vyšší koncentraci než v nejchladnějších polárních oblastech. Na vodní páru připadá 36 % až 70 % celkového skleníkového efektu atmosféry (dolní hodnota odpovídá její podílu, kdybychom vodní páru z atmosféry odstranili a horní hodnota stavu, když odstraníme všechny ostatní skleníkové plyny a zůstane jen H₂O), na CO₂ je to analogicky 9 % a 26 %, na methan 4 % a 9 % a na ozon 3 % a 7 % (je to v souladu s novějšími odhady účinku jednotlivých skleníkových plynů). Zatímco CO₂ a CH₄ jsou v atmosféře rozloženy vcelku rovnoměrně, vodní pára je soustředěna převážně v teplých oblastech Země a v dolní části troposféry (do výšky 2 km, přičemž do výšky 1,5 km je až 50 % z celkové vodní páry), ozón je rozložený v atmosféře mírně nerovnoměrně.[13]

Průměrná doba setrvání molekuly vody v atmosféře je pouze asi devět dní ve srovnání s roky nebo staletími u jiných skleníkových plynů, jako je CH₄ a CO₂.[14] Vodní pára reaguje na další skleníkové plyny a zesiluje jejích účinek. Clausius-Clapeyronův vztah stanoví, že při zvýšené teplotě bude na jednotku objemu přítomno více vodní páry. Tento a další základní principy naznačují, že oteplování spojené se zvýšenými koncentracemi ostatních skleníkových plynů také zvýší koncentraci vodní páry (za předpokladu, že relativní vlhkost zůstává přibližně konstantní; to potvrzují modely a příma pozorování). Protože vodní pára je skleníkový plyn, má to za následek další oteplování a tvoří „pozitivní zpětnou vazbu“, která zesiluje původní oteplování. Předpokládá se, že jiné planetární procesy budou kompenzovat tyto pozitivní zpětné vazby, a budou stabilizovat globální teplotu v nové rovnováze a zabrání ztrátě zemské vody rázovým skleníkovým efektem, k jakému došlo například na Venuši.[10]

Z tabulky[15] a grafu je možné vyčíst základní údaje o množství, příbytcích a nebezpečnosti hlavních skleníkových plynů. V současné době vědci intenzivně zkoumají, jak se mohou koncentrace výše zmíněných skleníkových plynů navzájem ovlivňovat a jakou souvislost mohou mít s globální teplotou, podobně jsou zkoumány změny oblačnosti.[16]

Jednou z možností snížení produkce antropogenních skleníkových plynů jsou úspory energií a využívání obnovitelných zdrojů energie, jsou též diskutovány možnosti jaderné energetiky, u které jsou diskutabilní emise spojené s dobýváním paliva a výrobou reaktorů.[17] Současně lze umírněním tempa kácení lesů a závažnými zásahy do krajiny podpořit přeměnu oxidu uhličitého pomocí fotosyntézy.

Při porovnávání technologických procesů z hlediska množství emisí produkovaných skleníkových plynů je vždy nutné kalkulovat i s emisemi vyprodukovaných v průběhu procesu konstrukce, provozu i odstraňování zařízení a při obstarávání surovin a paliv potřebných v dané technologii.