ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΣΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΣΤΕΦΑΝΟΠΟΥΛΟΣ ΠΑΥΛΟΣ Α.Ε.Μ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΜΠΑΛΛΗΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2010

2 Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τον καθηγητή Φυσικής Περιβάλλοντος του τμήματος Φυσικής του Α.Π.Θ. κ. Μπαλλή Δημήτριο για την συνεχή καθοδήγηση και την υπομονή που επέδειξε κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της παρούσaς διπλωματικής εργασίας. 2

3 Στη σύζυγο μου Πόπη, στο γιο μας Χρήστο και στους γονείς μου Χρήστο και Ευγενία. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα Περίληψη ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 10 ΠΑΓΚΟΣΜΙΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ατμοσφαιρική ρύπανση Τύποι ατμοσφαιρικής ρύπανσης Το φαινόμενο του θερμοκηπίου Τα αέρια του θερμοκηπίου Διοξείδιο του άνθρακα Μονοξείδιο του άνθρακα Φωτοχημικό νέφος και όζον Στρατοσφαιρικό όζον Τροποσφαιρικό όζον Μεθάνιο Χλωροφθοράνθρακες Νιτρικά και φωσφορικά λιπάσματα και γεωργική παραγωγή Επιπτώσεις του φαινόμενου του θερμοκηπίου

5 Σελίδα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 34 ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ 2.1 Εισαγωγή Εξέλιξη και χαρακτηριστικά της κλιματικής αλλαγής Παρούσα κατάσταση Ο αυξανόμενος αριθμός παρατηρήσεων (επίγειες και δορυφορικές) παρουσιάζει την εικόνα ενός πλανήτη, που θερμαίνεται και υφίσταται αλλαγές στο κλίμα του Οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου και των αερολυμάτων, λόγω των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων, αλλοιώνουν την ατμόσφαιρα και αναμένεται να επιδρά- σουν και στο κλίμα Μελλοντικές εξελίξεις - Σενάρια Αέρια θερμοκηπίου Θερμοκρασία Υετός Μουσσώνες Ανύψωση της στάθμης της θάλασσας Χιόνι και πάγος Ξενικά είδη Ξενικά είδη και χρονική κατανομή στην Μεσόγειο

6 Σελίδα 2.6 Η ανθρωπογενής κλιματική αλλαγή θα επιμείνει για πολλούς αιώνες Οφέλη και ζημίες από την κλιματική αλλαγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 50 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΣΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ 3.1 Εισαγωγή Οι αγορές άνθρακα στην Ευρώπη Πράξεις OTC (Over The Counter) Συναλλαγή μέσω χρηματιστηριακών αγορών Συναλλαγές μέσω χρηματιστηριακών μεσιτών (brokers) Κεφάλαια άνθρακα (carbon funds) Προσδιορισμός της τιμής των δικαιωμάτων των εκπομπών Εφαρμογή του EU-ETS στην Ελλάδα για την περίοδο Η Μετά-Κιότο εποχή για την ΕΕ Το κόστος των κλιματικών αλλαγών Επιπτώσεις των κλιματικών αλλαγών Λύσεις για μείωση εκπομπών λόγω των κλιματικών αλλαγών

7 Σελίδα 3.7 Η αρχή «ο ρυπαίνων πληρώνει» και η επιβολή διεθνούς φόρου στον άνθρακα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 72 ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΕΚΘΕΣΗΣ STERN 4.1 Εισαγωγή Βασικά στοιχεία της έκθεσης Stern Θετικές αντιδράσεις της επιστημονικής κοινότητας Αρνητικές αντιδράσεις της επιστημονικής κοινότητας Συμπεράσματα ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 86 ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΔΙΕΘΝΩΝ ΔΡΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

8 Περίληψη: Οι επιπτώσεις απο το φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής είναι άρρηκτα συνδεδεμένες με την κοινωνική πρόοδο, την παγκόσμια οικονομία και οικολογία. Η σύγχρονη χρηματοπιστωτική κρίση αποτελεί αναστρέψιμη διαδικασία ενώ η κλιματική αλλαγή μπορεί να προκαλέσει σημαντικότερα προβλήματα, τα οποία μπορούν να ξεπεράσουν τις επιπτώσεις μιας παγκόσμιας οικονομικής κρίσης.η αύξηση της θερμοκρασίας, η άνοδος της στάθμης της θάλασσας, η τήξη των πάγων, τα ακραία καιρικά φαινόμενα έχουν αρχίσει να απασχολούν τα τελευταία 30 χρόνια την παγκόσμια κοινότητα. Η αντιμετώπιση σε αυτό το καθολικό πρόβλημα το οποίο επηρρεάζει την παγκόσμια κοινότητα θα πρέπει να γίνει συλλογικά ατομικά με υπευθυνότητα ώστε να αποφευχθούν τα μελλοντικά σενάρια οικονομικού και οικολογικού μαρασμού. Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στις επιπτώσεις των κλιματικών αλλαγών στην οικονομία οικολογία. Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στην ατμοσφαιρική ρύπανση και στους κυριότερους ατμοσφαιρικούς ρύπους, καθώς και στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και τις επιπτώσεις του. Στο δεύτερο κεφάλαιο αποτυπώνεται η εξέλιξη και τα χαρακτηριστικά της κλιματικής αλλαγής καθώς και τα μελλοντικά σενάρια λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η σχέση μεταξύ κλιματικών αλλαγών και οικονομίας και γίνεται αναφορά στις αγορές άνθρακα και στα χρηματιστήρια ρύπων. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά στοιχεία της έκθεσης Stern. 8

9 Abstract: The consequences of the climate change phenomenon are closely related with the social progress and the global economy-ecology. The modern financial and irrevocable credit system crisis is a reversible process whereas the climate shifting could detonate more serious problems which can overcome the repercussion of a worldwide economical crisis. The temperature increase, the rise of the ocean waters, the ice smelting and the widespread extreme weather conditions have all ready started to concern the international community. This serious problem which influences all communities world wide should be handled collectively - privately with responsibility in order to avoid the future scenarios of economical recession and ecological decline. The coming survey has a main focus point on the repercussion of the climate changes in economy-ecology. The first chapter references on the atmospheric pollution and the major pollutants as well as on the importance of the green house effect and its concequences on the planet. In the second chapter we focus on the evolution and the characteristics of the climate change as well as on the upcoming scenarios based on the temperature increase. In the third chapter we present the association between climate shifting and economy. Also, the global anthrax market and the pollution stoke market in Europe are analysed. Finally, in the fourth chapter we present a summary of the most important aspects-points of the stern research. 9

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΑΓΚΟΣΜΙΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το κλίμα της γης καθορίζεται απο τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατμόσφαιρας, ωκεανών, κρύοσφαιρας, βιόσφαιρας και λιθόσφαιρας. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες επέφεραν αλλαγές στην σύνθεση της ατμόσφαιρας και στη μορφή της επιφανειακής λιθόσφαιρας, με αποτέλεσμα η λειτουργία της πρώτης ως φυσικού μέσου παγίδευσης της γήινης ακτινοβολίας να εντατικοποιηθεί. Η συσσώρευση ολοένα και περισσότερων ποσοτήτων αερίων του θερμοκηπίου και αερολυμάτων οδήγησε σε αλλαγές του κλίματος σε τοπική, περιφερειακή και παγκόσμια κλίμακα. 1.1 Ατμοσφαιρική Ρύπανση Ατμοσφαιρική ρύπανση καλείται η παρουσία στην ατμόσφαιρα ρύπων σε ποσότητα, συγκέντρωση ή διάρκεια, που έχουν ως αποτέλεσμα την αλλοίωση της δομής, της σύστασης και των χαρακτηριστικών της ατμόσφαιρας.αυτές οι αλλαγές μπορούν να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία, στους ζωντανούς οργανισμούς και τα οικοσυστήματα και γενικά να καταστήσουν το περιβάλλον ακατάλληλο για τις επιθυμητές χρήσεις του. Οι κυριότεροι ατμοσφαιρικοί ρύποι είναι: 1. Το Διοξείδιο του Θείου (SO2) 2. Το Μονοξείδιο του Άνθρακα (CO) 3. Τo Διοξείδιo του Αζώτου (NO2) και το μονοξείδιο του αζώτου(νο) 4. Το Όζον (O3) 5. Τα Αιωρούμενα Σωματίδια (PM10) 6. Υδρογονάνθρακες και άλλες οργανικές ενώσεις 7. Ο Μόλυβδος (Pb) Στην οικονομική επιστήμη το περιβάλλον θεωρείται ως ένα σύνθετο περιουσιακό στοιχείο που προσφέρει διάφορες υπηρεσίες. Αν και πρόκειται για ένα πολύ ειδικό περιουσιακό στοιχείο, αφού μας παρέχει τα συστήματα επιβίωσης που εξασφαλίζουν την ίδια μας την ύπαρξη, δεν παύει ωστόσο να αποτελεί ένα περιουσιακό στοιχείο, όπως και με άλλα περιουσιακά στοιχεία, επιθυμούμε να εμποδίσουμε μια αδικαιολόγητη απαξίωση του, έτσι ώστε να συνεχίζει να ικανοποιεί τόσο τις αισθητικές μας ανάγκες όσο και εκείνες της ίδιας μας της επιβίωσης. 10

11 1.2 Τύποι Ατμοσφαιρικής ρύπανσης Ο πρώτος τύπος ατμοσφαιρικής ρύπανσης που εμφανίστηκε είναι αυτός που χαρακτηρίζεται από υψηλές συγκεντρώσεις των χημικών ενώσεων του θείου (κυρίως διοξείδιο του θείου (S0 )) 2 και των σωματιδίων που σχηματίζονται από την καύση καυσίμων με υψηλή περιεκτικότητα σε θείο, όπως το κάρβουνο (καπνομίχλη του Λονδίνου). Σ' αυτή την περίπτωση η ατμοσφαιρική ρύπανση αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του θείου (S0 ) 2 και αιωρούμενα σωματίδια που περιέχουν διάφορες θειούχες ενώσεις. Εμφανίζεται σε πόλεις που βρίσκονται σε ψυχρά κλίματα (Λονδίνο, Νέα Υόρκη, Σικάγο) με κυριότερες πηγές την παραγωγή της ηλεκτρικής αλλά και της θερμικής ενέργειας, που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των κτιρίων. Το κλασικό η συμβατικό νέφος έγινε αντιληπτό στην Αθήνα απο μετρήσεις του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών το Στη φάση εκείνη επικρατέστεροι ρύποι ήταν το δοξείδιο του θείου (SO ) και ο καπνός προερχόμενοι κυρίως απο τις κεντρικές θερμάνσεις και τα πετρελαιοκίνητα αυτοκίνητα. Λόγω της παρόμοιας σύστασης του με το νέφος του Λονδίνου ονομάζεται και νέφος αιθαλομίχλης ή νέφος τύπου Λονδίνου. 2 ου Μετά την ευρεία χρήση της βενζίνης ως καύσιμο υλικό των μηχανών των αυτοκινήτων εμφανίστηκε από τα μέσα του 20 αιώνα ένας νέος τύπος ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Αν και τα καυσαέρια των αυτοκινήτων χαρακτηρίστηκαν ως πιθανοί ατμοσφαιρικοί ρύποι από το 1915, μόλις το 1945 εμφανίστηκε το πρώτο πρόβλημα ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε αστικές περιοχές του Λος Άντζελες, που οφειλόταν στις εκπομπές των αυτοκινήτων. Έτσι, από το 1945 τα προϊόντα τόυ πετρελαίου θεωρήθηκαν υπεύθυνα για ένα νέο τύπο ατμοσφαιρικής ρύπανσης, το φωτοχημικό νέφος ή νέφος τύπου Λος Άντζελες, που εμφανίζεται τη θερινή περίοδο του έτους σε όλες τις μεγαλουπόλεις του κόσμου στις οποίες γίνεται μεγάλη χρήση των αυτοκινήτων. Το φωτοχημικό νέφος διαφέρει από τη μέχρι τότε γνωστή ατμοσφαιρική ρύπανση, που προκαλείται από τις χημικές ενώσεις του θείου και τα αιωρούμενα σωματίδια τους χειμερινούς μήνες. Αποτελείται από χημικές ενώσεις που παράγονται από μια σειρά φωτοχημικών αντιδράσεων, όταν άπλετο ηλιακό φως, σε συνδυασμό με υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλή υγρασία, ακτινοβολεί μια ατμόσφαιρα που περιέχει πτητικές οργανικές χημικές ενώσεις (VOCs) και οξείδια του αζώτου (ΝΟ ). Χ πρωτογενείς ρύποι (τα οξείδια του αζώτου (ΝΟ ) χ Οι και οι πτητικές οργανικές χημικές ενώσεις (VOCs)) μετατρέπονται γρήγορα σε δευτερογενείς (όζον (0 ), 3 οργανικές ενώσεις του αζώτου, οξυγονούχους υδρογονάνθρακες, φωτοχημικά αεροζόλ), που 11

12 προκαλούν σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία των ανθρώπων, των φυτών και των ζώων, ίσως και σοβαρότερες ακόμα και από αυτές των πρωτογενών ρύπων. Εικόνα 1: Φωτοχημικό νέφος (Πηγή: Μετεξέλιξη του «φωτοχημικού νέφους» είναι η τρίτη γενιά του, το «υδρογονοσωματιδιακό νέφος» που άρχισε να κάνει έντονη την παρουσία του στα τέλη της δεκαετίας του 1990, αν και μετρήσεις στα μέσα της ίδιας δεκαετίας είχαν διαπιστώσει την ύπαρξη του. Το νέφος αυτό περιέχει κυρίως αεροσωματίδια και διάφορες επικίνδυνες ενώσεις υδρογονανθράκων. Η πηγή προέλευσης των πρώτων είναι οι βιομηχανίες ως επί το πλείστον. Τα αεροσωματίδια παρουσιάζουν μεγάλη γκάμα μεγεθών, αλλά τα πιο επικίνδυνα για τη δημόσια υγεία είναι εκείνα με διαστάσεις έως 10 μικρόμετρα και συμπεριλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, σκόνη, καπνιά, βαρέα μέταλλα και υδροσταγονίδια. Οι ενώσεις υδρογονανθράκων έλκουν την καταγωγή τους από τα τροχοφόρα (ανεξάρτητα καταλυτικών ή συμβατικών κινητήρων) και τη χημική βιομηχανία. Μεταξύ τους συγκαταλέγονται οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (γνωστοί ως ΠΑΥ) και οι πτητικές οργανικές ενώσεις (ΠΟΕ), που έχουν πολλάκις ενοχοποιηθεί για καρκινογέννεση. Τις τελευταίες δεκαετίες έχει παρουσιαστεί μια αύξηση του ενδιαφέροντος για τα φαινόμενα μεταφοράς μεγάλης κλίμακας και για τις παγκόσμιες επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Πρώτα στη Βόρεια Ευρώπη και έπειτα στη Νοτιοανατολική Αμερική ανακαλύφθηκε ότι οι μεγάλες εκπομπές των πρωτογενών ρύπων, όπως του διοξειδίου του θείου (S0 ), 2 υπόκεινται σε χημικές μεταβολές στην ατμόσφαιρα. Αυτές οι μεταβολές οδηγούν σε αποστάσεις εκατοντάδων ή και χιλιάδων χιλιομέτρων 12

13 από την πηγή (πάντα προς τη κατεύθυνση του ανέμου) στο σχηματισμό νέων χημικών ενώσεων, τους δευτερογενείς ρύπους, που είναι υπεύθυνοι για ορισμένα σοβαρά αποτελέσματα όπως είναι η όξινη εναπόθεση, που είναι πιο γνωστή με την ονομασία όξινη βροχή. Φαινόμενο που οφείλεται στη ρύπανση της ατμόσφαιρας και κατά το οποίο ποσότητες κυρίως θειικού και νιτρικού οξέος φτάνουν στο έδαφος σε υγρή μορφή, μεταφερόμενες με τη βροχή, το χιόνι, την ομίχλη, το χαλάζι κ.λπ., με καταστρεπτικές επιπτώσεις στη χλωρίδα και την πανίδα, καθώς και σε κτίρια και μνημεία. Ο όρος "όξινη βροχή", χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για να περιγράψει τη ρυπασμένη βροχή στο Μάντσεστερ της Βρετανίας στη διάρκεια της βιομηχανικής επανάστασης τον 19ο αιώνα και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται παρά το ότι θεωρείται σωστότερος ο όρος 'όξινη κατακρήμνιση'. Κύρια αιτία για το σχηματισμό της όξινης βροχής το διοξείδιο του θείου (SΟ ), που εκλύεται από βιομηχανίες που χρησιμοποιούν ορυκτά καύσιμα, καθώς και τα οξείδια του αζώτου (ΝΟx), που περιέχονται κυρίως στα καυσαέρια των αυτοκινήτων. Οι ενώσεις αυτές αντιδρούν με το οξυγόνο και τους υδρατμούς της ατμόσφαιρας και σχηματίζουν αντίστοιχα θειικό (H S0 ) και νιτρικό οξύ (ΗΝ0 ), τα οποία στη συνέχεια, διαλυμένα στο νερό της βροχής ή στα σταγονίδια της ομίχλης κ.λπ., προσβάλλουν το έδαφος, το νερό, τα φυτά, τα ζώα και τα κτίσματα. To S02 και τα NOx μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις με τη βοήθεια των ανέμων και να δημιουργήσουν όξινη βροχή χιλιόμετρα μακριά από τον τόπο εκπομπής τους. Το νερό της βροχής φυσιολογικά έχει pη 6,5 έως 5,6. Το pη είναι το μέγεθος που δηλώνει αν ένα διάλυμα είναι ουδέτερο (pη=7), όξινο (pη μικρότερο του 7) ή αλκαλικό (pη μεγαλύτερο του 7). Το pη της όξινης βροχής κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 4,6 και 4, ενώ κατά καιρούς μετριούνται και πιο ακραίες τιμές του pη (έως και 2,4). Σύμφωνα με έρευνες των επιστημόνων κατά τα τέλη της δεκαετίας του 1980, αποδείχτηκε ότι η ομίχλη, λόγω των πολλών μικρών σταγονιδίων από τα οποία αποτελείται, προσφέρει τελικά μεγαλύτερη επιφάνεια προσρόφησης στα S02 και NOx και γι' αυτό περιέχει συνήθως πολλαπλάσιες ποσότητες θειικού και νιτρικού οξέος από ότι άλλες μορφές όξινης κατακρήμνισης. Το πρόβλημα της όξινης βροχής άρχισε να γίνεται ιδιαίτερα έντονο από τη δεκαετία του 1970 και μετά. Ιδιαίτερα καταστρεπτική έχεί θεωρηθεί η επίδραση της στα φυτά και ειδικότερα στα δέντρα, που λόγω της μεγάλης διάρκειας ζωής τους εκτίθενται μακροχρόνια σε αυτήν. Τα φύλλα ή οι βελόνες των δέντρων κιτρινίζουν και πέφτουν, ο μεταβολισμός τους διαταράσσεται και το ριζικό σύστημα υφίσταται βλάβες, με αποτέλεσμα να προσλαμβάνονται μικρότερες ποσότητες θρεπτικών 13 2

14 αλάτων και νερού. Επιπλέον, το ίδιο το έδαφος υποβαθμίζεται, γιατί τα οξέα που φτάνουν σ' αυτό σε μεγάλη ποσότητα καταστρέφουν τους ωφέλιμους μικροοργανισμούς, διαλύουν μεγάλες ποσότητες θρεπτικών αλάτων που κατόπιν απομακρύνονται με το νερό της βροχής και απελευθερώνουν τοξικά για τα φυτά βαρέα μέταλλα (κυρίως ιόντα αργιλίου και μαγγανίου). Ως συνέπεια όλων αυτών είναι, βέβαια, η εξασθένιση των δέντρων, που γίνονται ευάλωτα σε βακτήρια, ασθένειες κ.λπ. και τελικά πεθαίνουν. Σύμφωνα με έκθεση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής, το 1991 το 22% των δασών στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης είχε προσβληθεί από την όξινη βροχή, ενώ αν υπολογιστούν και οι ανατολικοευρωπαϊκές χώρες το ποσοστό αυξάνεται σε 38%. Οι χώρες όπου διαπιστώθηκαν οι σοβαρότερες επιπτώσεις είναι η Βρετανία, η Πολωνία και η Τσεχία. Εξίσου έντονο είναι το πρόβλημα και σε δάση των βορειοανατολικών Η.Π.Α. και του ανατολικού Καναδά. Εικόνα 2: Αποτέλεσμα όξινης βροχής σε δάσος (Πηγή: Καταστρεπτικές είναι οι επιδράσεις της όξινης βροχής και στα επιφανειακά νερά. κυρίως λίμνες και μικρά ποτάμια, καθώς η αυξημένη συγκέντρωση οξέων καταστρέφει το πλαγκτόν, την υδάτινη χλωρίδα και τα αβγά αμφιβίων και ψαριών. Κατά καιρούς η όξινη βροχή έχει θεωρηθεί υπεύθυνη και για μαζικούς θανάτους ψαριών, όπως συνέβη σε σκανδιναβικές λίμνες στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και σε μικρά ποτάμια της Γερμανίας στα τέλη της δεκαετίας του Επίσης, ιδιαίτερα αυξημένη ποσότητα όξινης βροχής δέχονται λίμνες και ποταμάκια κατά την άνοιξη με την τήξη των πάγων. Η όξινη βροχή καταστρέφει κτίρια, μνημεία και αγάλματα κατασκευασμένα από ορυκτό υλικό, που είναι συνήθως ανθρακικό 14

15 ασβέστιο (CaCΟ ), όπως ασβεστόλιθος,μάρμαρο κ.λπ. Το θειικό οξύ που περιέχεται 3 στην όξινη βροχή ενώνεται με το ασβέστιο και δίνει γύψο (CaS0 ). Έτσι. το ανθρακικό ασβέστιο μετατρέπεται σε γύψο, ο οποίος στη συνέχεια ενώνεται με τους υδρατμούς της ατμόσφαιρας ή το νερό της βροχής, φουσκώνει και σκάει, με τελικό αποτέλεσμα τη διάβρωση ή την αποσάθρωση του υλικού. Το θειικό οξύ επιδρά επίσης και στις εξωτερικές υαλογραφίες των κτιρίων, καθώς αποχρωματίζει και θαμπώνει το γυαλί. Καταστροφές μνημείων εξαιτίας της όξινης βροχής έχουν σημειωθεί σε πάρα πολλές χώρες και σε όλον τον κόσμο. Για την αντιμετώπιση της όξινης βροχής, καθίσταται αναγκαίος ο περιορισμός του διοξειδίου του θείου και των οξειδίων του αζώτου. Τα σημαντικότερα μέτρα προς την κατεύθυνση αυτή περιλαμβάνουν την αποθείωση των καυσαερίων των εργοστασίων και την εφαρμογή καταλύτη καυσαερίων στο αυτοκίνητο Το Φαινόμενο του θερμοκηπίου Κύρια πηγή της ηλιακής ακτινοβολίας, όπως είναι αυτονόητο, είναι ο ήλιος. Αυτός είναι ο πλησιέστερος προς τη γη απλανής αστέρας που ανήκει στο νεφέλωμα του γαλαξία μας. Με τον όρο ηλιακή ακτινοβολία ή ηλιακή ενέργεια αναφερόμαστε στην ακτινοβολία που παίρνει η γη από τον ήλιο.η ηλιακή ακτινοβολία είναι κατά το μεγαλύτερο ποσοστό ηλεκτρομαγνητικής φύσης (περίπου 99%) και κατά το υπόλοιπο σωματιδιακής (κυρίως πρωτόνια και ηλεκτρόνια) που κινούνται με ταχύτητα που κυμαίνεται απο Km/s. Η ηλιακή ενέργεια είναι αιτία δημιουργίας των ατμοσφαιρικών κινήσεων και των διαφόρων διεργασίων στην ατμόσφαιρα και τα επιφανειακά στρώματα της γης. Απο την ηλιακή ενέργεια που δέχεται η γη, ένα μέρος της ανακλάται πίσω προς το διάστημα απο τα σύννεφα και την επιφάνεια της γης, ενώ το υπόλοιπο μέρος απορροφάται απο το σύστημα γη ατμόσφαιρα. Το μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια της γης απευθείας με τις ηλιακές ακτίνες λέγεται άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Ταυτόχρονα ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας διαχέεται από την ατμόσφαιρα και φθάνει στην επιφάνεια του εδάφους ως διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία από όλα τα σημεία του ουρανού. Η άμεση ηλιακή ακτινοβολία παρουσιάζει τις υψηλότερες τιμές κατά τις ανέφελες ημέρες του θέρους και τις χαμηλότερες κατά τις συννεφιασμένες ημέρες του χειμώνα. Η διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία είναι γενικά υψηλότερη κατά τις συννεφιασμένες ημέρες και χαμηλότερη τις ανέφελες. Το άθροισμα της άμεση και της διάχυτης ακτινοβολίας συνιστούν την ολική ηλιακή ακτινοβολία. Επίσης ένα μέρος από την 15

16 άμεση ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται από το έδαφος και επιστρέφει στην ατμόσφαιρα από όπου και πάλι επιστρέφει στην επιφάνεια του εδάφους κλπ. Εικόνα 3: Δίελευση της ηλιακής ακτινοβολίας (Πηγή: Η ακτινοβολία αυτή ονομάζεται ανακλώμενη. Η επιφάνεια του εδάφους σαν αποτέλεσμα της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε αυτήν, θερμαίνεται και εκπέμπει με τη σειρά της προς την ατμόσφαιρα ακτινοβολία που ονομάζεται γήινη ακτινοβολία. Τέλος, η ίδια η ατμόσφαιρα, θερμαινόμενη και αυτή, ακτινοβολεί προς όλες τις κατευθύνσεις. Η ακτινοβολία αυτή ονομάζεται ατμοσφαιρική ακτινοβολία ή ακτινοβολία της ατμόσφαιρας. Η ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διέλευση της μέσα στην ατμόσφαιρα 'εξασθενεί' από τη μια μεριά εξαιτίας της ' σκέδασης - διάχυσης ' που οφείλεται στη μεταβολή της διεύθυνσης της ακτινοβολίας και από την άλλη εξαιτίας της 'απορρόφησης' που οφείλεται στη μεταβολή της ηλιακής ενέργειας, κυρίως, σε θερμότητα. Αν ονομάσουμε Α την λευκότητα ή ανακλαστική ικανότητα (albedo), δηλαδή το ποσοστό της ακτινοβολίας που ανακλάται απο το σύστημα γη ατμόσφαιρα πίσω προς το διάστημα, τότε το σύστημα αυτό απορροφά απο την ηλιακή ακτινοβολίαποσοστό ίσο με 1-Α. 16

17 Όμως η γη αποκόπτει, παρεμβαλλόμενη στην πορεία της ηλιακής ακτινοβολίας, ένα δίσκο εμβαδού π Rγ 2 (R γ =ακτίνα της γης) και συγχρόνως ακτινοβολεί ως μέλαν σώμα προς το διάστημα από όλην τη σφαιρική επιφάνεια της 4πRγ 2. Με την υπόθεση ότι επικρατούν συνθήκες θερμικής ισορροπίας (δηλαδή σταθερή θερμοκρασία του πλανήτη), η ηλιακή ενέργεια που απορροφά το σύστημα γη - ατμόσφαιρα θα ισούται με την ενέργεια που εκπέμπει μέλαν σώμα στην ίδια θερμοκρασία, δηλαδή : πr 2 γ (1-A) s= 4πRγ 2 στ 4 e (1) όπου Τ e η ενεργός θερμοκρασία, Α η λευκότητα, s η ηλιακή σταθερά, και σ η σταθερά των Stefan - Boltzmann.Ένα μέλαν σώμα δεν αντανακλά ακτινοβολία αλλά την απορροφά και την εκπέμπει κατά ένα απόλυτα συγκεκριμένο τρόπο που εξαρτάται από τη θερμοκρασία του και μόνο. Σύμφωνα με το νόμο των Stefan - Boltzmann η ολική ισχύς που εκπέμπεται από την μονάδα επιφανείας μέλανος σώματος είναι ανάλογη της τέταρτης δύναμης της απόλυτης θερμοκρασίας του, δηλαδή : Ε= 0 Ελ dλ = σ Τ 4 (β) με μονάδες της Ε σε Wm 2 όταν η Τ εκφράζεται σε Κ(βαθμούς Kelvin) και η σταθερά σ των Stefan Boltzmann είναι ίση με : σ=(5.674±0.004)x10-8 W/m 2 )0K4 όπότε απο την (1) μπορούμε να υπολογίσουμε την ενεργό θερμοκρασία της γης σύμφωνα με τη σχέση: Τ e =[(1-Α)s/4σ] 1/4 (2) Απο την σχέση (2) προκύπτει οτι η ενεργός θερμοκρασία της γης ή γενικά ενός πλανήτη εξαρτάται απο την απόσταση του απο τον ήλιο και την λευκότητα του και όχι απο το μέγεθος του πλανήτη. Έτσι λοιπόν για την γη αν s=1353 W/m 2 και Α=0,33 προκύπτει οτι η ενεργός θερμοκρασία της γης είναι Κ. Δηλαδή αν δεν λάβουμε υπόψη το απότελεσμα της ατμόσφαιρας, η θερμοκρασία της γης θα είναι περίπου ίση με C. Όμως απο τις διάφορες μετρήσεις είναι γνωστό οτι η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της γης είναι περίπου ίση με 15 0 C. Η τροπόσφαιρα απλώνεται από την επιφάνεια του εδάφους μέχρι το ύψος των 12±4 Km περίπου. Αυτό το ύψος διαφέρει ανάλογα με την περιοχή της γης πάνω από την οποία βρίσκεται. Έτσι πάνω από το βόρειο πόλο η τροπόσφαιρα έχει ύψος 8 Km, ενώ πάνω από τον Ισημερινό 12 Km.Το χαρακτηριστικό της είναι ότι όσο ανεβαίνουμε ψηλότερα τόσο πέφτει η θερμοκρασία. Στην τροπόσφαιρα συμβαίνουν όλα τα μετεωρολογικά φαινόμενα (βροχές, άνεμοι, καταιγίδες). Αποτελεί το μεγαλύτερο τμήμα της ατμόσφαιρας: το 75% της συνολικής ατμοσφαιρικής μάζας βρίσκεται στην τροπόσφαιρα.η διαφορά 17

18 αυτή που παρατηρείται ανάμεσα στη θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας και της κατώτερης ατμόσφαιρας από την ενεργό θερμοκρασία της γης (- 22) οφείλεται, αφενός,στη μάζα της ατμόσφαιρας και αφετέρου στην ικανότητα των συστατικών της να απορροφούν, κυρίως, στην υπέρυθρη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος εκπομπής του πλανήτη. Πράγματι, οι υδρατμοί και το CΟ 2 απορροφούν ένα μεγάλο ποσοστό της γήινης ακτινοβολίας που επανεκπέμπεται τόσο προς τα πάνω όσο και προς τα κάτω. Έτσι η ακτινοβολία 'παγιδεύεται' στην ατμόσφαιρα και διαμορφώνει με τον τρόπο αυτό θερμοκρασίες υψηλότερες από εκείνες που θα ήταν δυνατό να σημειωθούν, αν δεν υπήρχε η ατμόσφαιρα. Αποτέλεσμα αυτής της παγίδευσης είναι η αύξηση της επιφανειακής θερμοκρασίας της γης, που φτάνει περίπου στη μέση τιμή των 15 C. Εικόνα 4: Περιοχές ατμόσφαιρας Το φαινόμενο αυτό αναφέρεται ως φαινόμενο θερμοκηπίου ή ατμοσφαιρική επιδράση θερμοκηπίου. Η ονομασία αυτή συχνά οφείλεται στο γεγονός οτι οι ίδιες περίπου διαδικασίες διατηρηρούν υψηλές θερμοκρασίες σε ένα θερμοκήπιο με γυάλινο κάλλυμα που έχει τη δυνατότητα,αφενός, να διαπερνά απο αυτό η ηλιακή θερμοκρασία και αφετέρου, να απορροφά και να επανεκπέμπει τη μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολία που εκπέμπεται απο το δάπεδο και τα φυτά του θερμοκηπίου. 18

19 Φυσικά οι υψηλές τιμές της θερμοκρασίας των θερμοκηπίων οφείλονται και στο γεγονός οτι το γυάλινο κάλλυμα τους παρεμποδίζει την προς τα κάτω κίνηση του θερμού αέρα και την εξαιτίας της απώλειας θερμότητας, που είναι σημαντίκοτερη και απο την απορρόφηση ακτινοβολίας μεγάλου μήκους απο το γυαλί. Στο σύστημα ατμόσφαιρα γη, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι συμβαίνει κάτι ανάλογο με το φαινόμενο ενός θερμοκηπίου, στο οποίο λαμβάνεται ως δάπεδο του η επιφάνεια του εδάφους της γης με θερμοκρασία Τ s και ως γυάλινο κάλυμμα (green house glass) ένα ατμοσφαιρικό στρώμα θερμοκρασίας Τp. Ανάμεσα σε αυτές τις δύο θερμοκρασίες ισχύει η σχέση: Τ s =T p Για Τp = Τs = Κ (ενεργός θερμοκρασία της γης) η σχέση αυτή δίνει Τs = Κ δηλαδή η παρουσία της ατμόσφαιρας, με τα γνωστά της αποτελέσματα πάνω στην απορρόφηση της ακτινοβολίας, αυξάνει τη θερμοκρασία της γης από C σε C Το 90% της κατακρατούμενης από την ατμόσφαιρα γήινης ακτινοβολίας οφείλεται στην ύπαρξη υδρατμών, διοξειδίου του άνθρακα, νεφών και ατμοσφαιρικού κονιαρτού με ενεργότερο συστατικό τους υδρατμούς. Το υπόλοιπο 10% της κατακράτησης οφείλεται στο όζον, το μεθάνιο και το υποξείδιο του αζώτου. Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι ένα φυσικό φαινόμενο το οποίο επιτείνεται, αλλά δεν προκαλείται μόνο από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Οι παράγοντες που ενισχύουν το φαινόμενο είναι οι πυρκαγιές των δασών,τα καυσαέρια των οχημάτων και των βιομηχανιών καθώς και η αλόγιστη καύση πετρελαίου και άνθρακα στις βιομηχανικές χώρες που συσσωρεύουν κυρίως διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Στον πίνακα πού ακολουθεί εμφανίζονται τα αέρια πού συμμετέχουν ενεργά στο Φαινόμενο του Θερμοκηπίου, οι συγκεντρώσεις τους στην ατμόσφαιρα σε μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) ή μέρη ανά δισεκατομμύριο (ppb) κατά το έτος 1750 και σήμερα, καθώς και η προέλευσή τους, φυσική ή ανθρωπογενής. 19

20 Αέρια Συγκέντρωση Συγκέντρωση Ποσοστό Προέλευση Θερμοκηπίου το 1750 σήμερα μεταβολής Διοξείδιο του άνθρακα 280 ppm 360 ppm 29 % Οργανική αποσύνθεση, Πυρκαγιές δασών, Ηφαίστεια, Καύσιμα Αποδασώσεις, κ.λ.π. Μεθάνιο 0.70 ppm 1.70 ppm 143 % Οξείδια 280 ppb 310 ppb 11 % αζώτου Χλωροφθοράν ppt - θρακες (CFCs) Υγρότοποι, Οργανική αποσύνθεση, Τερμίτες, Φυσικό αέριο πετρελαιοπηγές, Καύση βιομάζας, Ρυζοκαλλιέργειες, Κτήνη, Σκουπιδότοποι Δάση, Λιβάδια, Ωκεανοί, Απορρίμματα,Καλλιέργειες, Λιπάσματα, Καύση Βιομάζας, Καύσιμα Ψυγεία, Ψεκασμοί, Αεριωθούμενα, Απορρυπαντικά Όζον Άγνωστο Ποικίλει Δράση ηλιακής ακτινοβολίας επί μορίων Οξυγόνου και - τεχνητή παραγωγή δια μέσου της φωτοχημικής αιθαλομίχλης Πίνακας 1: Αέρια του Φαινομένου του Θερμοκηπίου. (Πηγή: 20

21 1.4 Τα αέρια του θερμοκηπίου Διοξείδιο του άνθρακα CO 2 Οι κύριες οργανικές ενώσεις του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι το διοξείδιο και το μονοξείδιο του άνθρακα. Προκύπτουν από την τέλεια και την ατελή καύση, αντίστοιχα, των καυσίμων που αποτελούνται από οργανικές χημικές ενώσεις, την αποτέφρωση οργανικών υλικών και την αναπνοή των ζώων και των φυτών. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες όχι μόνο εκπέμπουν υψηλές συγκεντρώσεις CO 2 στην ατμόσφαιρα, αλλά βλάπτουν και την ικανότητα της γης να απορροφά το CO 2 και να το ενσωματώνει στους φυσικούς κύκλους ροής ενέργειας και ύλης, με την καταστροφή των δασών και του φυτοπλαγκτού των ωκεανών. Το πλαγκτόν αποτελεί τον κύριο «απορροφητή» CO 2 του πλανήτη, καθώς πρόκειται για φυτικούς οργανισμούς που χρησιμοποιούν το CO2 κατά τη φωτοσύνθεση Μονοξείδιο του Άνθρακα CO Με εξαίρεση το διοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ο πιο άφθονος ατμοσφαιρικός ρύπος στην κατώτερη ατμόσφαιρα. Οι εκπομπές του από ανθρωπογενείς πηγές υπερβαίνουν τη συνολική μάζα όλων των άλλων ρύπων που εκπέμπονται από τις δραστηριότητες του ανθρώπου.είναι ένα άχρωμο, άοσμο, μη ερεθιστικό, αλλά εξαιρετικά τοξικό αέριο που θεωρείται ασφυξιογόνο. Έχει σαν φυσική πηγή την οξείδωση του μεθανίου (CH 4 ), από το υδροξύλιο( - OH),που παράγει φορμαλδεύδη (HCHO). Η φορμαλδεύδη (HCHO) φωτολύεται προς HCO - που στη συνέχεια οξειδώνεται και δίνει και μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Παράγεται επίσης στους ωκεανούς από τη δράση των βακτηριδίων, τις πυρκαγιές των δασών, τα ηφαίστεια και από διεξόδους του φυσικού αερίου που υπάρχουν στο φλοιό της γης.στις αστικές περιοχές το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) παράγεται σχεδόν αποκλειστικά από ανθρώπινες δραστηριότητες, με κυριότερες τις καύσεις στις μηχανές των αυτοκινήτων. Γι αυτόν το λόγο οι συγκεντρώσεις σχετίζονται πολύ με τον κυκλοφοριακό φόρτο. Σε παγκόσμια κλίμακα οι εκπομπές του από τις φυσικές πηγές ξεπερνούν τις αντίστοιχες από τις ανθρωπογενείς. Έχει σχεδόν μηδενική συνεισφορά στο σχηματισμό του επιφανειακού όζοντος (Ο3) στις αστικές περιοχές και μικρή στην καθαρή τροπόσφαιρα. Δεν επηρεάζει σημαντικά το παγκόσμιο κλίμα, δεν είναι θερμοκηπικό αέριο, δεν επηρεάζει τις συγκεντρώσεις του στρατοσφαιρικού όζοντος και δεν συμβάλλει στην όξινη εναπόθεση. Επειδή όμως είναι ιδιαίτερα τοξικό θεωρείται σημαντικός ατμοσφαιρικός ρύπος. 21

22 Εικόνα 5 : Διάγραμμα απεικόνισης της συμμετοχής των ρύπων με ανθρωπογενή προέλευση στην ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Αν η κύρια πηγή του μονοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ήταν μόνο οι ατελείς καύσεις, τότε η συνεχώς αυξανόμενη κατανάλωση καυσίμων από τον άνθρωπο θα είχε σαν συνέπεια μια μονότονη αύξηση του στην ατμόσφαιρα, κάτι ανάλογο με το διοξείδιο του άνθρακα. Όμως από μετρήσεις σε παγκόσμια κλίμακα προκύπτει ότι η συγκέντρωση του μονοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα απομακρυσμένων περιοχών είναι ppb και ppb (parts per billion) στο νότιο και το βόρειο ημισφαίριο αντίστοιχα και παραμένει περίπου σταθερή.αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν και άλλες διεργασίες παραγωγής και καταστροφής του στη φύση εκτός από την ατελή καύση Φωτοχημικό νέφος και όζον: Το φωτοχημικό νέφος σχηματίζεται όταν συνυπάρχουν στην ατμόσφαιρα υδρογονάνθρακες ή γενικότερα πτητικές οργανικές χημικές ενώσεις, οξείδια του αζώτου, άπλετο ηλιακό φως, υψηλές θερμοκρασίες και μικρή σχετική υγρασία. Αυτό 22

23 συμβαίνει κυρίως στην ατμόσφαιρα των αστικών περιοχών, αφού ένα μεγάλο ποσοστό των υδρογονανθράκων και των οξειδίων του αζώτου έχει τις ίδιες πηγές, τα αυτοκίνητα. Η έκθεση μείγματος αέρα που περιέχει υδρογονάνθρακες και οξείδια του αζώτου σε έντονη ηλιακή ακτινοβολία οδηγεί αρχικά στην οξείδωση των υδρογονανθράκων, στη συνέχεια στην οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα (ΝΟ) σε διοξείδιο (ΝΟ 2 ) και τελικά στο σχηματισμό του όζοντος (Ο 3 ). Το όζον δεν εκπέμπεται άμεσα στην ατμόσφαιρα.στην τροπόσφαιρα σχηματίζεται από τους φωτοχημικούς μετασχηματισμούς των πτητικών οργανικών χημικών ενώσεων και των οξειδίων του αζώτου (ΝΟΧ) παρουσία άπλετου ηλιακού φωτός (το τροποσφαιρικό όζον), ενώ στη στρατόσφαιρα από τη φωτόλυση του μοριακού οξυγόνου (Ο 2 ), μέσω της έντονης και δραστικής υπεριώδους ακτινοβολίας (UV). Το κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας βρίσκεται σε ύψος 8 ως 17 χλμ. και το ανώτερο σε ύψος 50 ως 55 χλμ. Μέχρι το ύψος των 35 Km η θερμοκρασία παραμένει σταθερή και κατόπι αρχίζει και αυξάνεται σημαντικά μέχρι το ύψος των 50 km όπου φτάνει στους 0 ο C. Η αύξηση της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα οφείλεται στο όζον. Είναι πολύ φτωχή σε υδρατμούς, γι αυτό και δεν παρατηρούνται σ' αυτήν σχηματισμοί νεφών, ούτε άλλα μετεωρολογικά φαινόμενα. Στο μέσο της ύψος σχηματίζονται υποτυπώδη νέφη με ζωηρή λάμψη και ιριδίζουσες αποχρώσεις πρόκειται για τα ιριδίζοντα νέφη, που τα αποτελούν συμπυκνωμένοι υδρατμοί. Παλιότερα τη στρατόσφαιρα τη θεωρούσαν ήρεμο χώρο, όπου τα αέρια, ανάλογα με το ειδικό τους βάρος, είχαν στρωματοειδή διάταξη. Από νεότερες παρατηρήσεις που έγιναν με ραδιοβολίδες ή με ειδικούς μετεωρολογικούς πυραύλους, διαπιστώθηκε τελικά ότι στη στρατόσφαιρα και την τροπόσφαιρα ο αέρας θερμαίνεται ανόμοια, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος στο οποίο αντιστοιχεί. Οι διαφορετικές θερμοκρασίες δημιουργούν διαφορετικές πιέσεις, και οι συνθήκες αυτές με τη σειρά τους δημιουργούν ρεύματα που κυκλοφορούν με ταχύτητα εκατοντάδων χιλιομέτρων την ώρα, η κίνησή τους μπορεί να είναι οριζόντια, κατακόρυφη ή στροβιλοειδής. Η ατμόσφαιρα έχει τόσο λίγο όζον, που αν ήταν δυνατό να συγκεντρωθεί όλο σε ένα στρώμα, το πάχος του δε θα ξεπερνούσε τα 2-3 mm. Αυτή η μικρή ποσότητα όζοντος, όμως, έχει τεράστια σημασία για τη ζωή του πλανήτη μας, γιατί απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία. Αν εξαφανιστεί, για οποιοδήποτε λόγο, το στρώμα του όζοντος, θα καταστραφεί αμέσως και η ζωή στη Γη. Επίσης, το στρώμα του όζοντος επιδρά στη διαμόρφωση των μεταβολών της θερμοκρασίας καθώς και των ταχυτήτων των ανέμων. 23

24 Εικόνα 6: Το όζον στην ατμόσφαιρα της Γης. (Πηγή: Σημειώσεις γαι την ρύπανση της ατμόσφαιρας,ζάνης Πρόδρομος 2007) Στρατοσφαιρικό όζον. Το στρώμα του στρατοσφαιρικού όζοντος πιστεύεται ότι δημιουργήθηκε πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια, μέσω διαδικασίας φωτοσύνθεσης, με βάση το οξυγόνο της ατμόσφαιρας το οποίο φωτολύεται από την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία με μήκος κύματος λ<240 nm (το Ο 2 απορροφά την ακτινοβολία με λ<240 nm). Tούτο οδηγεί στη δημιουργία ατόμων οξυγόνου σύμφωνα με την αντίδραση: Ο2 + ηλιακή ακτινοβολία (λ<240 nm) Ο + Ο (1) Η διαδικασία αυτή θα κατέστρεφε μακροχρόνια το οξυγόνο της ατμόσφαιρας, αλλά έχουμε διατήρηση του ισοζυγίου του οξυγόνου, διότι τούτο παραγόμενο στην επιφάνεια της γης από την βιόσφαιρα (χλωρίδα και πανίδα) διαχέεται, εντός δεκαετίας, κατακόρυφα προς τα επάνω. Ακολούθως, τα άτομα του οξυγόνου επανασυνδέονται με μόρια οξυγόνου και παράγουν μόρια όζοντος μέσω της εξώθερμης αντίδρασης: 24

25 Ο + Ο2 + Μ (Μ=Ν2 ή Ο2) Ο3 + Μ + ΔQ (2) Τα μόρια του όζοντος ακολούθως απορροφούν την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία με λ<320 nm, και καταστρέφονται, οπότε έχουμε: Ο3 + ηλιακή ακτινοβολία (240nm<λ<320 nm) O2 + O (3) Eπομένως, έχουμε διατήρηση (ισοζύγιο) στην παρουσία ατομικού οξυγόνου και όζοντος στην περιοχή από χλμ. ύψος. Η εκπομπή ποσοτήτων θερμότητας (αντίδραση 2) λοιπόν είναι υπεύθυνη για την θέρμανση της στρατόσφαιρας, όπως προαναφέρθηκε. Επιπλέον, το ατομικό οξυγόνο που παράγεται από την αντίδραση (3) αντιδρά με το Ο3 οδηγώντας στην καταστροφή του: Ο3 + Ο Ο2 + Ο2 (4) Επιπλέον των αντιδράσεων (1 έως και 4) υπάρχουν και άλλοι μηχανισμοί που ευθύνονται για την καταλυτική καταστροφή του όζοντος στη στρατόσφαιρα, παίζουν επομένως σημαντικό ρόλο στο ισοζύγιο του στρατοσφαιρικού όζοντος, όπως ανακαλύφθηκε από τους μετέπειτα Νομπελίστες Crutzen, Molina και Rowand στις αρχές της δεκαετίας του 70. Τα αέρια αυτά, που παίζουν το ρόλο καταλύτη, είναι σε ατομική μορφή: χλώριο (Cl), βρώμιο (Br),φθόριο (F), και το ιώδιο (Ι), προερχόμενα από την φωτοδιάσπαση των αντιστοίχων οξειδίων BrO, ClO, FO, και IO, τα οποία με τη σειρά τους προέρχονται από τη φωτοδιάσπαση στη στρατόσφαιρα των αερίων CFC-11 (CCl3F), CFC-12 (CCl2F2), HCl, ClONO2, Halons (Halon-1211, δηλ. CBrClF2), βρωμιούχο μεθύλιο (CH3Br), τετραχλωράνθρακας (CCl4), κλπ. Η αντίστοιχη αντίδραση με Χ= Cl, Br, F, ή Ι είναι: Χ + Ο3 ΧΟ + Ο2 (6) ΧΟ+Ο Χ + Ο2 (7) Από το 1982 παρατηρείται στη στρατόσφαιρα μείωση του όζοντος, αρχικά στο Ν. και Β. Πόλο και μετέπειτα και στα μέσα γεωγραφικά πλάτη. Σήμερα, η περιοχή του Ν. Πόλου που καλύπτεται από την τρύπα του όζοντος είναι της τάξης των km2, δηλ. διπλάσια από την ήπειρο της Ανταρκτικής. Η μείωση του στρατοσφαιρικού όζοντος (γνωστή και σαν «τρύπα του όζοντος») οφείλεται, όπως 25

26 προείπαμε, στις καταλυτικές αντιδράσεις (6) κατά τις οποίες φωτοδιασπώνται χλωριούχες, βρωμιούχες και φθοριούχες ενώσεις (χρησιμοποιούμενες στη χημική βιομηχανία και στα κλιματιστικά μηχανήματα) σε συνθήκες πολύ χαμηλών θερμοκρασιών (-80 έως -90 ο C) και με την παρουσία πολικών στρατοσφαιρικών νεφών (Polar Stratospheric Clouds: PSCs), οδηγούν στην απότομη καταλυτική καταστροφή του όζοντος. Εικόνα 7: Τα Πολικά Στρατοσφαιρικά Νέφη (PSCs) προκαλούν την καταστροφή του όζοντος στην Ανταρκτική (Πηγή: physics4u.gr) Τα PSCs δημιουργούνται όταν η θερμοκρασία του αέρα στους Πόλους πέσει κάτω από -78 ο C και είναι αυτά που επηρεάζουν τη συγκέντρωση των αερίων που περιέχουν χλωριούχες και βρωμιούχες ενώσεις (πχ. η μετατροπή των ClONO2 και HCl σε ClO γίνεται επάνω στην επιφάνεια των PSCs τα οποία εγκλωβίζουν υδρατμούς και ενώσεις του αζώτου, πχ. ΗΝΟ3). Όταν οι παγοκρύσταλλοι των PSCs αυξάνουν σε βάρος, καταπίπτουν, αφήνοντας έτσι ελεύθερο το πεδίο στις δραστικές ενώσεις του χλωρίου (ClO), οι οποίες διαφορετικά θα ήταν ακίνδυνες για το Ο3 (πχ. θα σχηματιζόταν το σταθερό μόριο ClONO2). Αξίζει, να σημειωθεί ότι ο χρόνος ζωής των αερίων που καταστρέφουν καταλυτικά το Ο 3 κυμαίνεται από μερικά χρόνια (HCFCs) σε 100 χρόνια (CFC-12), επομένως, το πρόβλημα της καταστροφής του στρατοσφαιρικού όζοντος (εμφάνιση λοιπόν της «τρύπας του όζοντος») θα ταλανίζει την ανθρωπότητα για τουλάχιστον μερικές δεκάδες χρόνια ακόμα. Το προστατευτικό στήριγμα του όζοντος 26

27 συνεχίζει να αραιώνει πάνω από τα μέσα γεωγραφικά πλάτη (20-60μοίρες) με ρυθμίσεις που κυμαίνονται από 4% ανά δεκαετία για το χειμώνα-άνοιξη μέχρι λιγότερο από 2% ανά δεκαετία το κατά το θέρος. Εικόνα 8: Ανταρκτική «τρύπα του όζοντος» (Πηγή: Οι μακροχρόνιες αυτές τάσεις διεκόπησαν στη διάρκεια έντονης ηφαιστειακής δραστηριότητας κατά την οποία ενισχύθηκαν σημαντικά οι ρυθμοί αραίωσης. Λίγο μετά τις δύο μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις (El Chichon & Mt Pinatubo) η αραίωση του στρώματος του όζοντος πολλαπλασιάστηκε για πολλούς μήνες μετά την έκρηξη. Η απώλεια του όζοντος συνδέεται με σημαντική ψύξη της στρατόσφαιρας την τελευταία εικοσαετία. επίσης συνοδεύθηκε από σημαντική αύξηση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος. Η αύξηση της ερυθηματογόνου δόσης έχει υπερβεί το 5% ανά δεκαετία πάνω από τα μέσα γεωγραφικά πλάτη, ενώ η αύξηση είναι μεγαλύτερη στις πιο επικίνδυνες ακτινοβολίες στο υπεριώδες φάσμα του ηλίου. Με βάση τις ανθρωπογενείς εκπομπές που μειώνουν το όζον και τις εκτιμήσεις για τα προσεχή χρόνια, προκύπτει ότι η μεγίστη αραίωση του όζοντος αναμένεται να γίνει μέσα στην προσεχή δεκαετία, ενώ η πλήρης ανάκαμψή των δεν αναμένεται πριν από περίπου το

28 Τροποσφαιρικό όζον: Το όζον της τροπόσφαιρας έχει δύο πηγές προέλευσης: την φωτοχημική παραγωγή στην τροπόσφαιρα και την στρατόσφαιρα. Το όζον επίσης παίζει σημαντικότατο ρόλο στη φωτοχημεία της τροπόσφαιρας, καθ όσον είναι η βασική πηγή των ΟΗ-(μέσω της φωτοδιάσπασης του όζοντος σε Ο( 1 D) και αντίδραση τουο( 1 D) με τους υδρατμούς) τα οποία και καθορίζουν τη διάρκεια ζωής πολλών ρύπων (πχ. CO, CH4, HCs) στην ατμόσφαιρα: Ο3 + hν (λ<325 nm) O( 1 D) + O2 (7) O( 1 D) + H2O 2 OH - (8) Τα επίπεδα όζοντος το 1870 (πριν από τη βιομηχανική επανάσταση) ήταν της τάξης των 10 ppbv, ενώ το 1990 ήταν γύρω στα ppbv. Ο παρατηρούμενος λοιπόν ρυθμός αύξησης του τροποσφαιρικού όζοντος είναι της τάξης του 1-2% το χρόνο. Τούτο σημαίνει την εμφάνιση πολυάριθμων προβλημάτων στην ανθρώπινη υγεία και την βιόσφαιρα, γενικότερα. Θα πρέπει να επισημανθεί ότι μέχρι περίπου και τα τέλη της δεκαετίας του 70 η επιστημονική κοινότητα θεωρούσε ότι το όζον στην τροπόσφαιρα είναι ένα αδρανές αέριο που δεν αντιδρά με άλλα στοιχεία και ότι προέρχεται σχεδόν αποκλειστικά από την κατώτερη στρατόσφαιρα (από διεισδύσεις στρατοσφαιρικού όζοντος στην τροπόσφαιρα) και καταστρέφεται στο έδαφος. Ήτανε στα τέλη της δεκαετίας του 70 και 80 που τέθηκαν οι βάσεις της θεωρίας της φωτοχημικής παραγωγής του τροποσφαιρικού όζοντος. Το έναυσμα δόθηκε από την προσπάθεια για την εξήγηση του φωτοχημικού νέφους του Λος Άντζελες στην δεκαετία του 60 από όπου διαπιστώθηκε ότι το φωτοχημικό νέφος (ή ρύπανση του όζοντος) δημιουργείται από μία πολύπλοκη σειρά χημικών αντιδράσεων που περιλαμβάνουν πτητικούς υδρογονάνθρακες και οξείδια του αζώτου από βιομηχανικές πηγές και αυτοκίνητα υπό την δράση του ηλιακού φωτός. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνει κατά την διάρκεια της ημέρας, η ηλιακή ενέργεια επιταχύνει αυτές τις χημικές αντιδράσεις με αποτέλεσμα την αύξηση της ποσότητας όζοντος που παράγεται. Αντίστροφα, όταν η θερμοκρασία μειώνεται οι χημικές αντιδράσεις επιβραδύνουν και το φωτοχημικό νέφος σπάνια δημιουργείται. Η παραγωγή του τροποσφαιρικού όζοντος είναι λοιπόν ένα φαινόμενο που ευνοείται κατά την διάρκεια της ημέρας και των θερμών μηνών του έτους (τέλη ανοίξεως και καλοκαίρι). Το τροποσφαιρικό όζον έχει πολλαπλή σημασία για την ατμόσφαιρα της 28

29 γης. Καταρχήν το τροποσφαιρικό όζον κατέχει κεντρικό ρόλο στην χημεία της τροπόσφαιρας καθώς αποτελεί την βασική πηγή του πιο σημαντικού οξειδωτικού μέσου στην τροπόσφαιρα, της ρίζας του υδροξυλίου (ΟΗ). Με πιο απλά λόγια το υδροξύλιο αποτελεί το ισχυρότερο «απορρυπαντικό» της ατμόσφαιρας που την καθαρίζει από μια σειρά οργανικών και ανόργανων ενώσεων που εκπέμπονται από φυσικές ή ανθρωπογενείς πηγές. Υπό την έλλειψη της ρίζας του υδροξυλίου όλες αυτές οι ενώσεις θα είχαν πολύ μεγάλο χρόνο ζωή και θα συσσωρεύονταν στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας δρώντας επικουρικά στο γνωστό φαινόμενο του θερμοκηπίου που προκαλείται από ενώσεις όπως το CO2, το μεθάνιο και βέβαια οι υδρατμοί. Αυτό θα είχε σαν συνέπεια ότι μια σειρά από αέριες ενώσεις που δεν συνεισφέρουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου θα συνέβαλλαν σε ακόμα μεγαλύτερες θερμοκρασίες στο πλανήτη μας. Κατά δεύτερο λόγο το τροποσφαιρικό όζον που βρίσκεται στα υψηλότερα στρώματα της τροπόσφαιρας είναι από μόνο του ένα θερμοκηπικό αέριο που σημαίνει ότι δρα και αυτό επικουρικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Πρέπει να επισημανθεί ότι η αύξηση του τροποσφαιρικού όζοντος παγκοσμίως συνεισφέρει περίπου το 1/3 από την αύξηση του CO 2 στην ενίσχυση του φαινομένου του θερμοκηπίου από το προβιομηχανικά χρόνια έως σήμερα. Δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι το CO2 είναι το βασικότερο αέριο που συνεισφέρει στην ενίσχυση του φαινόμενου του θερμοκηπίου σε σχέση με τα προβιομηχανικά χρόνια. Η σημασία του τροποσφαιρικού όζοντος έγκειται όμως και στις συνέπειες που έχει τόσο στον άνθρωπο όσο και στο φυτικό βασίλειο και τα διάφορα υλικά. Ως αναφορά τις επιπτώσεις του όζοντος στον άνθρωπο η συνεχής έκθεση του ανθρώπου σε υψηλές τιμές όζοντος μπορεί να του προκαλέσει μόνιμη βλάβη στους πνεύμονες. Ακόμα και όταν το όζον είναι σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις η εισπνοή του μπορεί να προκαλέσει μια σειρά από προβλήματα υγείας όπως πόνους στο στήθος, βήχα, ερεθισμό του λαιμού, συμφόρηση και να επιδεινώσει καρδιακά προβλήματα, βρογχίτιδα, εμφύσημα και άσθμα. Το όζον είναι από μόνο του ένα οξειδωτικό μέσο και είναι φυτο-τοξικό στοιχείο που σημαίνει ότι όταν βρίσκεται σε μεγάλες συγκεντρώσεις γίνεται επικίνδυνο για τα φυτά και δάση καθώς επηρεάζει την ικανότητα τους να παράγουν και να αποθηκεύουν τροφή κάνοντάς τα έτσι πιο ευάλωτα στις αρρώστιες, τα έντομα και τις άσχημες καιρικές συνθήκες. Το όζον ως οξειδωτικό μέσο επιδρά και σε διάφορα οργανικά υλικά, όπως οργανικά χρώματα που χρησιμοποιούνται στην ζωγραφική, στις εξωτερικές ζωγραφισμένες διακοσμήσεις κτιρίων, ή για βαφή υφασμάτων, το φυσικό καουτσούκ, τα συνθετικά ελαστικά υλικά από κυτταρίνη όπως το χαρτί, 29

30 διάφορα εκθέματα των μουσείων φυσικής ιστορίας όπως φτερά, δέρμα ζώων, πάπυρο. Επομένως η ρύπανση του όζοντος συνδέεται άρρηκτα και με προβλήματα υποβιβασμού της πολιτισμικής μας κληρονομιάς Μεθάνιο: Το μεθάνιο συμβάλλει στην εμφάνιση του φαινομένου του θερμοκηπίου αλλά δεν έχει μελετηθεί εξίσου με το διοξείδιο του άνθρακα καθώς οι συγκεντρώσεις του στην ατμόσφαιρα είναι συγκριτικά μικρότερες από αυτές του διοξειδίου του άνθρακα. Κατά συνέπεια η επιστημονική έρευνα δεν ασχολήθηκε με το ζήτημα, εξηγεί ο δρ. Mπετς, ερευνητής του Kέντρου Eλέγχου Kλιματολογικής Mεταβολής Xάντλεϊ. Όμως η συγκέντρωση του αερίου στην ατμόσφαιρα τριπλασιάστηκε τα τελευταία 150 χρόνια κυρίως εξαιτίας των ανθρώπινων δραστηριοτήτων όπως λόγου χάρη η εντατική καλλιέργεια ρυζιού ή ακόμα και η εκτροφή μεγάλων κοπαδιών ζώων που απελευθερώνουν με τις φυσικές τους λειτουργίες μεγάλες ποσότητες μεθανίου στην ατμόσφαιρα. Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι αυτές οι βιογενείς πηγές παράγουν το 66% των 600 εκατομμυρίων τόνων μεθανίου που απελευθερώνονται ετησίως.o Φρανκ Kέπλερ, του τομέα Πυρηνικής Φυσικής του Iνστιτούτου Mαξ Πλανκ, υπολογίζει ότι τα φυτά απελευθερώνουν από 60 έως 240 εκατομμύρια τόνους μεθανίου ετησίως. Οι μεγαλύτερες ποσότητες προέρχονται από τις περιοχές κοντά στους τροπικούς. H πρόσφατη έρευνα αποδεικνύει τη συμβολή που έχει το πράσινο στη μεταβολή του κλίματος και θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική επειδή τα συμπεράσματα εξήχθησαν με βάση το μεθάνιο που παράγεται υπό φυσιολογικές συνθήκες, με την παρουσία οξυγόνου, και όχι μέσω της βακτηριακής δραστηριότητας σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο. Όπως εξηγεί ο δρ. Γιαντβιντέρ Mαλχί, του πανεπιστημίου της Oξφόρδης, η διαπίστωση ότι τελικά και το φυτικό βασίλειο αποτελεί πηγή μεθανίου δεν είχε αξιολογηθεί στο παρελθόν κυρίως επειδή οι ερευνητές δεν κατανοούσαν πλήρως τον τρόπο κυκλοφορίας του αερίου στην ατμόσφαιρα. Πολύ συχνά οι επιστήμονες έκαναν λάθος στους υπολογισμούς που αφορούσαν τις πήγες και τις συγκεντρώσεις του μεθανίου αλλά και αδυνατούσαν να καταγράψουν τις μετακινήσεις του όγκου του. Αντίθετα από το διοξείδιο του άνθρακα το μεθάνιο είναι πολύ πιο ισχυρό και δυναμικό αέριο και παραμένει στην ατμόσφαιρα επί δεκαετίες. Όπως διαπίστωσε ο δρ.kέπλερ τα φυτά απελευθερώνουν μεθάνιο ακόμα και σε φυσιολογικές συνθήκες, με την παρουσία οξυγόνου, και μάλιστα δέκα έως χίλιες φορές περισσότερο από ότι 30

31 τα νεκρά φυτά κατά την αποσύνθεση τους. Όταν μάλιστα βρίσκονται κάτω από τις ηλιακές ακτίνες η ποσότητα του αερίου που εκπέμπεται είναι αυξημένη Χλωροφθοράνθρακες: Βασική αιτία για τη δραματική μείωση του στρατοσφαιρικού όζοντος. Η περίπτωση των χλωροφθορανθράκων(cfcs, Chlorofluorocarbons) αποτελεί κλασική περίπτωση χημικών ουσιών που εφευρέθηκαν πριν από αρκετές δεκαετίες, με εξαιρετικές ιδιότητες και εφαρμογές (ψυκτικά υγρά, υγρά καθαρισμού ηλεκτρονικών συσκευών και προωθητές αεροζόλ), αλλά για τις οποίες δεν είχε προβλεφθεί ότι θα κατέστρεφαν μακροχρόνια την πολύτιμη στοιβάδα του στρατοσφαιρικού όζοντος που προφυλάσσει τη ζωή στον πλανήτη μας από την βλαβερή υπεριώδη ακτινοβολία. Η ψύξη τροφίμων σε ατομικά ψυγεία (που χρησιμοποιούν το αντιψυκτικό Freon) αποτέλεσε μία σημαντική καινοτομία στην μεταπολεμική περίοδο και βελτίωσε την υγιεινή τροφίμων. Επίσης, η ρύθμιση της θερμοκρασίας με κλιματιστικά μηχανήματα βελτίωσε την ποιότητα ζωής και εργασίας εκατομμυρίων ανθρώπων.από το 1974, οι επιστήμονες Rowland και Molina προέβλεψαν τις αρνητικές συνέπειες των CFCs (λόγω του χλωρίου που περιέχουν και της αργής βιοδιάσπασης στο περιβάλλον) στο στρατοσφαιρικό όζον. Οι προβλέψεις αυτές επιβεβαιώθηκαν αργότερα με την παρατήρηση των πρώτων δορυφορικών φωτογραφιών από την απώλεια τεράστιων ποσοτήτων όζοντος στην Ανταρκτική (Nimbus-7) και επίγειων παρατηρήσεων την περίοδο Το πρόβλημα ερευνήθηκε με συστηματικό τρόπο και τεκμηριώθηκε με εργαστηριακά πειράματα. Το 1985 (Βιέννη) οι χώρες του ΟΗΕ προχώρησαν σε σύμβαση για μέτρα περιορισμού των CFCs για την προστασία της στρατόσφαιρας United Nations Convention for the Protection of the Stratosphere και το 1987 υπογράφηκε το πρωτόκολλο Montreal Protocol για αρχική μείωση κατά 50% των CFCs και αντικατάσταση τους μέχρι το 1999 με ουσίες που δεν επηρεάζουν το όζον. Η αντικατάσταση των CFCs δεν ήταν εύκολη υπόθεση λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων των Freon, αλλά προτάθηκαν παρόμοιες ενώσεις χωρίς το χλώριο (υδροφθοράνθρακες, HFC) και με χαμηλή τοξικότητα μέχρι να βρεθούν οι ουσίες που θα είναι εντελώς αμέτοχες στην καταλυτική διάσπαση.. 31

32 Nιτρικά και φωσφορικά λιπάσματα και γεωργική παραγωγή: Το 1919 ο Γερμανός επιστήμονας Fritz Haber πήρε το Βραβείο Νόμπελ Χημείας για την καταλυτική σύνθεση της αμμωνίας που χρησιμοποιείται για την παρασκευή αζωτούχων λιπασμάτων. Η χρήση των λιπασμάτων είναι απαραίτητη για τη γεωργική παραγωγή. Η παγκόσμια παραγωγή λιπασμάτων δεκαπλασιάστηκε μεταξύ με κυριότερο πρωταγωνιστή τα αζωτούχα λιπάσματα (περίπου, 100Χ106 τόνοι ετήσια παραγωγή στο τέλος του 20ου αιώνα). Το 60% των λιπασμάτων αυτών χρησιμοποιείται από τις αναπτυσσόμενες χώρες λόγω των τεράστιων αναγκών σε τρόφιμα και ζωοτροφές που έχουν προκύψει με την υπερβολική αύξηση του πληθυσμού των χωρών αυτών (περίπου 2,25 δισεκατομμύρια Ινδία και Κίνα). Με βάση τις διάφορες στατιστικές το 1/3 της πρωτεϊνούχας διατροφής της ανθρωπότητας εξαρτάται από τα αζωτούχα λιπάσματα. Τα περιορισμένα αποθέματα πόσιμου νερού και η αυξημένη ρύπανση των υπόγειων νερών έχουν δημιουργήσει σημαντικά προβλήματα σε πολλές αναπτυσσόμενες χώρες. Τα αζωτούχα λιπάσματα και η ευρεία χρήση τους για την ανθρώπινη διατροφή έχουν όμως και αρνητικές επιπτώσεις, τόσο με τη νίτρορύπανση των εδαφών, των υδατίνων συστημάτων και των υπόγειων νερών. Συγχρόνως, η υπερβολική χρήση αζωτούχων λιπασμάτων δημιουργεί και περιβαλλοντικά προβλήματα με την εκπομπή οξειδίων του αζώτου (ιδιαίτερα μονοξείδιο του αζώτου, ΝΟ) με την δράση των βακτηρίων του εδάφους στα νιτρικά άλατα, που συνεισφέρει στην καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος. Στην Ελλάδα η κατανάλωση αζωτούχων λιπασμάτων (~63% του συνόλου) στην περίοδο αυξήθηκε κατά 22 φορές ανά καλλιεργήσιμο εκτάριο γης. Όπως σε όλες τις χώρες και στην Ελλάδα, η νίτρο-ρύπανση αποτελεί σημαντικό περιβαλλοντικό πρόβλημα. Παρόμοιο πρόβλημα ρύπανσης του περιβάλλοντος αποτελούν και τα φωσφορικά λιπάσματα. Η παγκόσμια χρήση φωσφορικών λιπασμάτων το 1990, ήταν τόνοι. Η χρήση φωσφορικών λιπασμάτων στην Ευρώπη έχει παραμείνει σταθερή τα τελευταία 20 χρόνια σε 31κιλά/εκτάριο καλλιεργήσιμης γης. Όταν η χρήση των αζωτούχων και φωσφορικών λιπασμάτων γίνεται με υπερβολικό τρόπο, σημαντικές ποσότητες καταλήγουν στα υδατικά συστήματα προκαλώντας ρύπανση και ειδικές περιπτώσεις ευτροφισμού κάτω από ορισμένες συνθήκες. 32

33 1.4.7 Επιπτώσεις του φαινομένου του θερμοκηπίου. Αναφέρονται ενδεικτικά μερικές από τις επιπτώσεις που μπορεί να επιφέρει το φαινόμενο του θερμοκηπίου 1. Ανομοιόμορφη αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. 2. Μείωση των αποθεμάτων του νερού. 3. Μεταβολή της κίνησης των ανέμων, 4. Αλλαγή της συμπεριφοράς των μουσώνων. 5. Μεταβολές στις βροχοπτώσεις. 6. Μεταβολή των καλλιεργήσιμων εκτάσεων και του είδους των καλλιεργειών. 7. Ερημοποίηση. 8. Άνοδος της στάθμης των θαλασσών. 9. Αφανισμός πανίδας και χλωρίδας. 10. Λιώσιμο των πάγων στο Βόρειο και το Νότιο Πόλο. 11. Μαζικές μετακινήσεις πληθυσμών. 33

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΚΤΙΜΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ 2.1 Εισαγωγή Στα πλαίσια της αντιμετώπισης της κλιματικής αλλαγής ιδρύθηκε ένα διακυβερνητικό σώμα για την κλιματική αλλαγή, γνωστό ως IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Προήλθε από τον W.M.O (World Meteorological Organization) και το U.N.E.P (United Nations Environment Programme). Είναι μια επιτροπή που αποτελείται από πάρα πολλούς επιστήμονες και ιδρύθηκε το 1988 από τον Ο.Η.Ε, με στόχο να μελετηθούν τα αίτια και οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Για την ολοκληρωμένη αποτίμηση της κλιματικής αλλαγής, το IPCC λαμβάνει υπόψη επιστημονικές, τεχνικές και κοινωνικο-οικονομικές πληροφορίες, για τη καλύτερη κατανόηση των ανθρώπινων επιδράσεων στο πρόβλημα. Επίσης γίνεται προσπάθεια να προβλεφθούν οι πιθανές επιπτώσεις και να ερευνηθούν οι δυνατότητες για άμβλυνση και αντιμετώπιση του φαινομένου. Μέχρι σήμερα έχουν ολοκληρωθεί και δημοσιευθεί τέσσερις εκτενείς αναφορές, στις οποίες έχει αναπτυχθεί μεθοδολογία για κρατικές στρατηγικές μείωσης των θερμοκηπιακών αερίων καθώς και επιμέρους τεχνικά δελτία για την καλύτερη αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και των πιθανόν επιπτώσεων της. Μελέτες του IPCC, αποφάνθηκαν ότι η ανθρώπινη δραστηριότητα αποτελεί τον σημαντικότερο παράγοντα επίδρασης στις κλιματικές αλλαγές. Η ανοδική τάση της θερμοκρασίας είναι πιθανόν να επιταχύνει τις κλιματικές αλλαγές και πολλές περιοχές θα γνωρίσουν τις δυσάρεστες συνέπειες τους, που θα εκδηλωθούν με κύματα καύσωνα, ξηρασία, ακραία καιρικά φαινόμενα, πλημμύρες, λιώσιμο των πάγων, αύξηση της στάθμης της θάλασσας και μείωση της αγροτικής παραγωγής. (IPCC, web site) Η πιο σημαντική αιτία της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής, είναι η μεγάλης κλίμακας αύξηση της ζήτησης σε ενέργεια, σε έδαφος και τροφή. Οι κινητήριες δυνάμεις πίσω από αυτό είναι η οικονομική ανάπτυξη, η αύξηση του πληθυσμού και η αλλαγή στον τρόπο ζωής. Το αποτέλεσμα είναι η ύπαρξη αλλαγών στη σύσταση της ατμόσφαιρας και στη γήινη βιόσφαιρα, καταλήγοντας σε αλλαγές στο παγκόσμιο και τοπικό κλίμα. Για την ολοκληρωμένη αποτίμηση της κλιματικής αλλαγής, επιβάλλεται η κατανόηση της πολύπλοκης δυναμικής του συστήματος άνθρωποςκλίμα, στο οποίο συμβαίνουν πολυάριθμες αλληλεπιδράσεις και αναδράσεις. 34

35 2.2 Εξέλιξη και χαρακτηριστικά της κλιματικής αλλαγής Κλιματική αλλαγή σημαίνει αλλαγή στο κλίμα η οποία αποδίδεται άμεσα ή έμμεσα στην ανθρώπινη δραστηριότητα, που αλλοιώνει την σύνθεση της παγκόσμιας ατμόσφαιρας και πραγματοποιείται ταυτόχρονα με την φυσική κλιματική διακύμανση, που παρατηρείται σε συγκεκριμένα τακτά χρονικά διαστήματα. Εικόνα 9: Aπεικόνιση των αλληλεπιδράσεων λόγω του φαινομένου της Κλιματικής Αλλαγης(Πηγή: (Πηγή: Στοιχεία Κλιματικής Πολιτικής ) Τα τελευταία έτη η γη υπέστη αρκετά συχνά έντονες κλιματικές αλλαγές οι οποίες εμφάνισαν σημαντική περιοδικότητα. Η τελευταία περίοδος παγετώνων άρχισε χρόνια πριν και έληξε μόλις πριν από χρόνια. Ακολούθως η γη διανύει μια θερμή περίοδο. Στην εικόνα 10 όλες οι κλιματικές αλλαγές στο διάστημα των τελευταίων ετών φαίνονται να προκλήθηκαν από αντίστοιχες μεταβολές των αερίων του θερμοκηπίου, διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και μεθανίου, (CΗ4) οι οποίες όμως είχαν αποκλειστικά φυσική προέλευση. 35

36 Εικόνα 10: Αλλαγές στο κλίμα και την συγκέντρωση αερίων θερμοκηπίου στην Ανταρκτική, από μετρήσεις πάγων. Με την βιομηχανική επανάσταση του 18 ου αιώνα ο άνθρωπος προκάλεσε ραγδαία αύξηση και των δύο αυτών αερίων σε επίπεδα που δεν έχουν προηγούμενο τα τελευταία χρόνια. Η αύξηση αυτή συνοδεύτηκε από αντίστοιχη αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη η οποία σε παγκόσμιο επίπεδο και από το 1860 μέχρι σήμερα κυμαίνεται μεταξύ 0.4 ο C και 0.8 ο C. Το μεγαλύτερο μέρος της αύξησης αυτής συνέβη σε δυο περιόδους, και από το 1975 και μετά. Το μέγεθός της θέρμανσης αυτής κατά τον 20ο αιώνα, αν και φαίνεται να προέρχεται και από μη ανθρωπογενείς αιτίες, είναι πολύ μεγάλο για να εξηγηθεί μόνο από τη 36

37 συνιστώσα της φυσικής μεταβλητότητας. Ο ρυθμός θέρμανσης από τα μέσα της δεκαετίας του 1970 έχει ιδιαίτερα αυξηθεί με τα οκτώ πιο θερμά έτη, που έχουν καταγραφεί στην ιστορία, να εμφανίζονται μετά το 1983, με θερμότερο έτος το Η δεκαετία του 1990 ήταν πιθανόν η θερμότερη δεκαετία της χιλιετίας για το βόρειο ημισφαίριο ενώ το 1998 ήταν πιθανόν το θερμότερο έτος. Ιδιαίτερα οι καλοκαιρινές θερμοκρασίες των τελευταίων δεκαετιών, στο βόρειο ημισφαίριο, ήταν οι υψηλότερες τουλάχιστον των έξι τελευταίων αιώνων. To 1999 ήταν το πέμπτο πιο θερμό έτος που καταγράφηκε στην ιστορία, με 0.33 C μεγαλύτερη θερμοκρασία από τη μέση τιμή της περιόδου Η μικρή μείωση στη μέση θερμοκρασία που παρατηρήθηκε το 1999, σε σχέση με το 1998, αποδίδεται στο φαινόμενο La Nina το οποίο εμφανίστηκε στον τροπικό Ειρηνικό Ωκεανό στα τέλη του Παρόλα αυτά κανένα έτος στα χρονικά με παράλληλη εμφάνιση του La Nina δεν ήταν τόσο θερμό όσο το Όσον αφορά στη βροχόπτωση στη ξηρά, αυτή αυξάνεται συνεχώς στο μεγαλύτερο μέρος των περιοχών που βρίσκονται στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη του βορείου ημισφαιρίου, αλλά στο μεγαλύτερο μέρος των τροπικών περιοχών οι συνθήκες γίνονται ξηρότερες. (Φείδας και Λάλας 2000) Οι αλλαγές στο κλίμα καταγράφηκαν και παρουσιάστηκαν στην Τρίτη Έκθεση Αποτίμησης της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Αλλαγή του Κλίματος (ΔΕΑΚ) (Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC). Η έκθεση περιγράφει την κατάσταση του κλιματικού συστήματος, παρέχει εκτιμήσεις και αβεβαιότητες για την ενδεχόμενη μελλοντική εξέλιξη του και αναλύει τις κοινωνικό-οικονομικές συνέπειες του φαινομένου. Από την περίληψη της έκθεσης αυτής (ΙPCC, Summary for policy makers, 2001), ξεχωρίζουν οι ακόλουθες παρατηρήσεις: 2.3 Παρούσα κατάσταση Ο αυξανόμενος αριθμός παρατηρήσεων (επίγειες και δορυφορικές) παρουσιάζει την εικόνα ενός πλανήτη, που θερμαίνεται και υφίσταται αλλαγές στο κλίμα του. Οι επίσημες καταγραφές κλιματολογικών στοιχείων, όπως η θερμοκρασία, ξεκινούν από το Σύμφωνα με αυτές η παγκόσμια μέση επιφανειακή θερμοκρασία αυξήθηκε κατά 0.6 C στη διάρκεια του 20 αιώνα ( εικόνα 11). (Οι τιμές αυτές συμπεριλαμβάνουν και προσαρμογές, λόγω των επιδράσεων των αστικών θερμικών νησίδων). Η δεκαετία του 1990 ήταν μια θερμή δεκαετία και το 1998 η πιο 37 ου

38 θερμή καταγεγραμμένη χρονιά. Εκτιμάται ότι υπάρχει μείωση της συχνότητας εμφάνισης εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών από το έτος 1950 με ταυτόχρονη της συχνότητας των εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών. Οι επιφάνειες, που καλύπτονται από χιόνι και η έκταση του πάγου έχουν μειωθεί (εικόνα 12). Η παγκόσμια μέση στάθμη της θάλασσας αυξήθηκε, όπως και η θαλάσσια μεταφορά θερμότητας. Μετρήσεις παλίρροιας δείχνουν ότι η παγκόσμια στάθμη της θάλασσας αυξήθηκε κατά 0.1 με 0.2 μέτρα κατά τον 20 αιώνα. Στα μεσαία και υψηλά πλάτη του Βορείου ημισφαιρίου πιθανόν, για περισσότερο από το ου τελευταίο μισό του 20 αιώνα, να υπάρξει αύξηση κατά 2 με 4% στη συχνότητα ακραίων φαινομένων, που σχετίζονται με υετό (χαλάζι, χιόνι, βροχή κλπ). Σε πολλές περιοχές της Αφρικής και της Ασίας παρατηρήθηκε αύξηση στη συχνότητα και στην ένταση των περιόδων ξηρασίας κατά τις τελευταίες δεκαετίες. Λίγες είναι οι περιοχές στις οποίες δεν παρατηρήθηκε αύξηση της θερμοκρασίας, όπως τμήματα των ωκεανών του Νοτίου Ημισφαιρίου και της Ανταρκτικής. o Εικόνα 11: Μεταβολή της παγκόσμιας μέσης επιφανειακής θερμοκρασίας από το 1860 μέχρι το (Πηγή IPCC) 38

39 Εικόνα 12: Τάσεις στον υετό πάνω από ξηρά για την περίοδο (Πηγή IPCC, 2003). ( Οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου και των αερολυμάτων, λόγω των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων, αλλοιώνουν την ατμόσφαιρα και αναμένεται να επιδράσουν και στο κλίμα. Οι αλλαγές στο κλίμα είναι αποτέλεσμα συνδυασμού εσωτερικής μεταβλητότητας του ίδιου του κλιματικού συστήματος (11ετής ηλιακός κύκλος, ηφαιστειακά αερολύματα), αλλά και εξωτερικών παραγόντων (τόσο φυσικών όσο και ανθρωπογενών). Η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα έχει αυξηθεί κατά 31% από την τιμή των 280 ppm του Περίπου τα 3/4 των ανθρωπογενών εκπομπών οφείλονται στην καύση ορυκτών καυσίμων, ενώ το υπόλοιπο σε αλλαγή χρήσης γης, ειδικά σε αποψίλωση δασών. Σήμερα ωκεανός και ξηρά μαζί απορροφούν περίπου το μισό των εκπομπών. Η συγκέντρωση του μεθανίου αυξήθηκε κατά 1060 ppb (151%) από το 1750 και συνεχίζει να αυξάνει. Η ετήσια αύξηση της συγκέντρωσης του επιβραδύνθηκε και παρουσίασε μεγαλύτερες διακυμάνσεις κατά την δεκαετία του 1990, συγκρινόμενη με την αμέσως προηγούμενη δεκαετία. Περίπου το μισό των σημερινών 39

40 συγκεντρώσεων είναι και αυτές ανθρωπογενούς προέλευσης (πχ η χρήση ορυκτών καυσίμων, κτηνοτροφία, καλλιέργεια ρυζιού, χωματερές). Πρόσφατα, οι εκπομπές του μονοξειδίου του άνθρακα αναγνωρίστηκαν ως αιτία αύξησης της συγκέντρωσης του μεθανίου. Η ατμοσφαιρική συγκέντρωση του οξειδίου του αζώτου (Ν 0) αυξήθηκε κατά 46 ppb (17%) από το 1750 και συνεχίζει να αυξάνεται. Περίπου το 1/3 είναι ανθρωπογενούς προέλευσης (πχ χημική βιομηχανία). Από το 1995 οι συγκεντρώσεις των αερίων αλογοναθράκων, που συμβάλλουν στην μείωση του όζοντος και στο φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής (CFCl, CF Cl ), είτε αυξάνουν με πολύ αργούς ρυθμούς, είτε ελαττώνονται κάτω από τους κανονισμούς του πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ και των τροποποιήσεων του. Οι συγκεντρώσεις των άλλων αερίων θερμοκηπίου (CHF Cl, CF CH F, PFCs, SF ) αυξάνουν. Η παρατηρούμενη μείωση του στρατοσφαιρικού στρώματος όζοντος από το 1979 μέχρι το 2000 εκτιμάται ότι προκάλεσε θέρμανση της επιφάνειας της γης Μελλοντικές εξελίξεις - Σενάρια Ορισμένα από τα σημερινά χρησιμοποιούμενα μοντέλα παράγουν ικανοποιητικές προσομοιώσεις του κλίματος χωρίς την ανάγκη μη φυσικών προσαρμογών - που είχαν εισαχθεί στα πρώτα μοντέλα - για τις ροές θερμότητας και νερού στην επιφάνεια επαφής ωκεανού και ατμόσφαιρας. Η εμπιστοσύνη προς αυτά οφείλεται στη βελτίωση τους μέσα από την αποδεικτική επίδοση τους χωρικά και χρονικά.τα μοντέλα, που προβλέπουν τις συγκεντρώσεις αερίων θερμοκηπίου και αερολυμάτων, βασίζονται στα σενάρια εκπομπών του Ενδοκυβερνητικού Πλαισίου για την Κλιματική Αλλαγή IPCC. Για να γίνουν οι προβλέψεις τα μοντέλα ενσωματώνουν παλαιότερες με μελλοντικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και αερολυμάτων. Σύμφωνα λοιπόν μ' αυτά: Αέρια θερμοκηπίου: Οι καύσεις ορυκτών καυσίμων θα είναι η κύρια επίδραση στις τάσεις για τη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα και κατά τον 21 αιώνα. Η αλλαγή χρήσης γης ενδέχεται να επηρεάσει τη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα. Εάν, υποθετικά, όλο το διοξείδιο του άνθρακα, που ελευθερώθηκε από αλλαγές χρήσεως γης, μπορούσε να επιστρέψει πίσω στην γήινη βιόσφαιρα κατά τη διάρκεια του αιώνα (πχ με αναδάσωση) η συγκέντρωση του θα ελαττώνονταν κατά 40 με 70 ppm. Μοντέλα για τον κύκλο του άνθρακα υποδεικνύουν ότι η σταθεροποίηση των 40

41 ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων του διοξειδίου του άνθρακα στα 450, 650 ή 1000 ppm, θα απαιτούσε την ελάττωση των παγκόσμιων εκπομπών του αερίου σε τιμές χαμηλότερες από εκείνες του έτους 1990 μέσα σε μερικές δεκαετίες, περίπου έναν αιώνα, ή περίπου δύο αιώνες αντίστοιχα και εφόσον συνέχιζαν να ελαττώνονται σταθερά από κει και πέρα Θερμοκρασία: Η παγκόσμια μέση θερμοκρασία και η στάθμη της θάλασσας προβλέπεται να αυξηθούν σύμφωνα με όλα τα IPCC σενάρια(4 Assessment Rerport 2007).Οι εκτιμήσεις για την πιθανή αύξηση της μέσης θερμοκρασίας που είχαν γίνει στο η η παρελθόν, π.χ. στην 2 και 3 Εκτίμηση (το 1997 και το 2001 αντίστοιχα) γίνονται πολύ πιο εστιασμένες. Το γεγονός όμως είναι οτι αν κοιτάξει κανείς στην εικόνα 13 για το 2030 (στην μέση ), αλλά και για το 2080 ή 2100 (στα δεξια) παρατηρεί κίτρινο και κόκκινο χρώμα παντού, το οποίο σημαίνει μια αύξηση της τάξης τουλάχιστον των 3-4 βαθμών κατα μέσο όρο. Μια μέση αύξηση κατα 3-4 βαθμούς παγκοσμίως σημαίνει πολύ μεγαλύτερες αυξήσεις σε αρκετά σημεία του πλανήτη, όπως άλλωστε φαίνεται κι απο το έντονο κόκκινο χρώμα στα βόρεια μέρη των δεξιών ( ) εικόνων. th Εικόνα 13:Εκτιμήσεις της ΙPCC (4 th Assessment Rerport 2007) για την αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη μέχρι το 2010 με βάση τα 3 σενάρια αναμενόμενης οικονομικής ανάπτυξης και εξέλιξης των εκπομπών ΑΦΘ (Α1Β, Α2 και Β2) 41

42 2.4.3 Υετός: Προβλέπεται αύξηση της παγκόσμιας μέσης συγκέντρωσης των υδρατμών και του υετού κατά τη διάρκεια του 21 ου αιώνα. Κατά το δεύτερο μισό του 21 ου αιώνα είναι πιθανόν, ο υετός να αυξηθεί πάνω από τα βόρεια μεσαία και υψηλά πλάτη και την Ανταρκτική το χειμώνα. Για ακραία φαινόμενα, όπως καταιγίδες, τυφώνες, χαλάζι και αστραπές, δεν υπάρχει πληροφόρηση μια και δεν είναι προσομοιωμένα στα κλιματικά μοντέλα. Εικόνα 14: Ποσά υετού κατά την περίοδο του 20ου αιώνα Μουσσώνες: Πιθανόν η θέρμανση, που σχετίζεται με την αύξηση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου, να προκαλέσει αύξηση στην μεταβλητότητα της βροχόπτωσης στον Ασιατικό καλοκαιρινό μουσσώνα. Αλλαγές στη μέση διάρκεια του μουσσώνα και στην ένταση του εξαρτώνται από λεπτομέρειες στο σενάριο εκπομπών. Η βεβαιότητα για τέτοιες προβλέψεις περιορίζεται από το πόσο καλά τα κλιματικά μοντέλα προσομοιώνουν την λεπτομερή εποχιακή εξέλιξη των μουσσώνων. 42

43 2.4.5 Ανύψωση της στάθμης της θάλασσας: Η στάθμη της θάλασσας λόγω της κλιματικής αλλαγής θα ανέλθει για δύο λόγους(εικόνα 21). Πρώτον, εξαιτίας των υψηλότερων θερμοκρασιών, το νερό που είναι αποθηκευμένο στους πάγους θα λιώσει, προσθέτοντας επιπλέον νερό στους ωκεανούς. Δεύτερον, η αύξηση της θερμοκρασίας, ως γνωστόν προκαλεί αύξηση του όγκου του νερού, επιβάλλοντας στο νερό των ωκεανών κατά τον ίδιο τρόπο να καταλαμβάνει περισσότερο χώρο, προκαλώντας περαιτέρω ανύψωση της στάθμης της θάλασσας. Αυτό μπορεί να επιφέρει πλημμύρες σε διάφορες παράκτιες περιοχές μέχρι και πλήρη και μόνιμη κάλυψη αυτών. Επίσης αναμένεται ότι η μορφολογία της ξηράς θα μεταβληθεί σε μερικές νησιωτικές χώρες, όπως το Μπαγκλαντές, λόγω της ανύψωσης της στάθμης της θάλασσας. Η μέση παγκόσμια στάθμη της θάλασσας έχει αυξηθεί από 10 ως 25cm τα τελευταία 100 χρόνια. Είναι πιθανόν ότι αυτή η αύξηση σχετίζεται με την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας από το Εικόνα 21: Ανύψωση της στάθμης της Θάλασσας Από τα κλιματικά μοντέλα έχει υπολογιστεί ότι η μέση στάθμη της θάλασσας μπορεί να αυξηθεί περίπου κατά 15 ως 95cm μέχρι το έτος 2100(εικόνα 22). Η αύξηση της μέσης στάθμης της θάλασσας αναμένεται 2 ως 5 φορές μεγαλύτερη από την παρατηρούμενη τα τελευταία 100 χρόνια. Το ποσοστό, το εύρος και η κατεύθυνση της αύξησης της μέσης στάθμης της θάλασσας θα διαφέρει από περιοχή 43

44 σε περιοχή και θα εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της παράκτιας περιοχής, τις αλλαγές στα ρεύματα των ωκεανών, από τις διαφορές των χαρακτηριστικών των παλιρροιών, της πυκνότητας της θάλασσας και των κατακόρυφων μετακινήσεων της ξηράς. Επίσης αξίζει να σημειωθεί ότι η στάθμη της θάλασσας αναμένεται να συνεχίζει να αυξάνεται για τους επόμενους αιώνες, ακόμα και όταν οι ατμοσφαιρικές θερμοκρασίες σταθεροποιηθούν. Εικόνα 22: Πιθανολογούμενη αύξηση της μέσης στάθμης της θάλασσας(ipcc) Η αναμενόμενη αύξηση της στάθμης της θάλασσας αναμένεται να πλήξει τις παράκτιες ζώνες, τις πιο ευάλωτες περιοχές και ειδικότερα τις αναπτυσσόμενες χώρες, επιφέροντας σημαντική απώλεια της ξηράς. Επίσης, σημαντική θα είναι η επιδείνωση που θα παρατηρηθεί στην επέκταση της διάβρωσης των παρακτίων περιοχών και στην εμφάνιση πλημμύρων Χιόνι και Πάγος: Η χιονοκάλυψη του βόρειου ημισφαίριου και η θαλάσσια έκταση του πάγου θα ελαττωθούν ακόμη περισσότερο. Ο Ανταρκτικός παγετώνας πιθανόν να κερδίσει σε μάζα, λόγω μεγαλύτερης ατμοσφαιρικής κατακρήμνισης, ενώ ο πάγος της Γροιλανδίας πιθανόν να χάσει μάζα, λόγω της αύξησης των απωλειών από νερό λιωμένων χιονιών, που θα ξεπεράσει την αύξηση της χιονόπτωσης. Ανησυχίες έχουν εκφρασθεί σχετικά με την σταθερότητα του Δυτικού Ανταρκτικού παγετώνα, γιατί 44

45 εκτείνεται εδαφικά και κάτω από το επίπεδο της θάλασσας. Ωστόσο, η απώλεια εδαφικού πάγου, που οδηγεί σε ουσιαστική αύξηση της στάθμης της θάλασσας, είναι πολύ απίθανο να συμβεί κατά τη διάρκεια του 21 ου αιώνα, παρόλο, που οι δυναμικές του είναι ακόμη μη επαρκώς κατανοητές, ειδικά για προβλέψεις σε κλίμακες μεγαλύτερης χρονικής διάρκειας. 2.5 Ξενικά είδη: Η εισαγωγή ξενικών ειδών λόγω της κλιματικής αλλαγής σε νέα οικοσυστήματα θεωρείται σήμερα ως μια από τις μεγαλύτερες απειλές ενάντια στη βιοποικιλότητα, στη δομή και λειτουργία των οικοσυστημάτων, καθώς όμως και στην οικονομία και την κοινωνία (Boudouresque 1999, 2005, Courchamp et al. 2003). Όσον αφορά τα ξενικά είδη (ή αλλόχθονα ή εξωτικά ή μη-ιθαγενή, «alien, introduced, nonindigenous») πρόκειται για οργανισμούς που συναντώνται εκτός των ιστορικά γνωστών ορίων φυσικής εξάπλωσης τους ως αποτέλεσμα άμεσης ή έμμεσης επέμβασης του ανθρώπου (Zenetos et al. 2006). Τα ξενικά είδη διέπονται από μία ανταγωνιστική σχέση με τους ιθαγενείς οργανισμούς που δεσπόζουν σε ένα περιβάλλον. Η εισαγωγή ξενικών ειδών σε ένα οικοσύστημα, αλλά και οι επιπτώσεις της εμφάνισης τους στους φυσικούς πληθυσμούς, απασχολεί όλο και περισσότερο την επιστημονική κοινότητα (Verlaque et al. 2000, 2003, Boudouresque & Verlaque 2002). Τα ξενικά είδη είναι πιθανό να ενταχθούν ομαλά στα υπάρχοντα οικοσυστήματα χωρίς να δημιουργήσουν κάποιο ιδιαίτερο πρόβλημα ή να εμφανίσουν επεκτατικές τάσεις και να συμπεριφερθούν ως «εισβολείς» (Boudouresque & Verlaque 2002). Ένα ξενικό είδος χαρακτηρίζεται ως «εισβολέας» όταν παρουσιάζει σοβαρή επίδραση στη δομή και τη λειτουργία ενός οικοσυστήματος, οδηγεί σε μείωση της βιοποικιλότητας, ενώ έχει σοβαρές συνέπειες στις ανθρώπινες δραστηριότητες (υγεία, τουρισμός και υδατοκαλλιέργειες) (Clout 1998). Οι οργανισμοί «εισβολείς» δρουν ως νέα είδη «κλειδιά» στις αυτόχθονες κοινωνίες, είτε έχοντας σημαντική επίδραση στα αυτόχθονα είδη «κλειδιά», είτε ακόμα και αντικαθιστώντας τα (Boudouresque & Veralque 2002). Ένας από τους σημαντικότερους στόχους των επιστημόνων είναι ο καθορισμός των παραγόντων που ευνοούν τη μετατροπή ενός νεοεισερχόμενου είδους σε «εισβολέα». Αν και τα διαφορετικά περιβάλλοντα που είναι δέκτες των νεοεισερχόμενων ειδών δεν είναι το ίδιο ευάλωτα, οι παράγοντες στους οποίους οφείλεται αυτή η διαφορά παραμένουν ακόμα ανεξιχνίαστοι. Σύμφωνα με τους 45

46 Ceccherelli et al. (2002) (Ben Rais Lasram et al. 2008) η εξάπλωση των ειδών εισβολέων καθορίζεται κυρίως από τη μορφολογία και/τη βιολογία των αυτοχθόνων ειδών και λιγότερο από τη βιοποικιλότητα. Επιπλέον, οι Occhipinti-Ambrogi & Savini (2003) θεωρούν ότι στρεσαρισμένα περιβάλλοντα (π.χ. επίδραση ρύπανσης) φαίνεται να είναι περισσότερο επιρρεπή στην εισαγωγή ειδών «εισβολέων» σε σχέση με αδιατάρακτες περιοχές Ξενικά είδη και χρονική κατανομή στην Μεσόγειο: Από τις αρχές του 20 ου αιώνα, ο αριθμός των ξενικών ειδών έχει περίπου διπλασιαστεί μέσα σε 20 χρόνια (εικόνα 23) και η πλειονότητα των ξενικών ειδών εμφανίστηκαν στη Μεσόγειο μετά το 1970 (Boudouresque & Verlaque 2005). Είναι χαρακτηριστικό ότι κατά τον 21 αιώνα, περίπου 112 νέα ξενικά είδη έχουν αναφερθεί στη Μεσόγειο, γεγονός που αποδεικνύει την ανάγκη για συνεχή έρευνα πάνω σε αυτά (Streftaris et al. 2005). Για τα τελευταία χρόνια έχει υπολογιστεί ότι κατά μέσο όρο εισάγεται στη Μεσόγειο ένα ξενικό είδος κάθε 3 εβδομάδες (Zenetos 2007). Εικόνα 23: Αριθμός ξενικών ειδών στη Μεσόγειο στο διάστημα (Πηγή: Ο αυξανόμενος ρυθμός εισαγωγής ξενικών ειδών στη Μεσόγειο τα τελευταία χρόνια μπορεί να αποδοθεί σε μία σειρά από αιτίες: Α) Στο αυξανόμενο ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας τις τελευταίες δύο δεκαετίες, γεγονός που έχει οδηγήσει στην εύρεση πολλών ξενικών ειδών που πιθανόν προϋπήρχαν στο περιβάλλον, αλλά δεν είχαν βρεθεί σε παλαιότερες έρευνες. 46

47 Β) Στις αυξανόμενες ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η εντατικοποίηση του παγκόσμιου εμπορίου, των υδατοκαλλιεργειών, του τουρισμού (Carlton 1996). Γ) Ιδιαίτερα για την ανατολική λεκάνη της Μεσογείου, η παγκόσμια κλιματική αλλαγή ίσως να δημιουργεί ιδανικές συνθήκες για την εισαγωγή και την εξάπλωση ξενικών ειδών που προέρχονται από τροπικές και υποτροπικές θάλασσες (Tsiamis et al. 2008). Τα ξενικά είδη εισέρχονται σε ένα νέο οικοσύστημα μέσω κάποιων φορέων (vectors), από τους οποίους οι σημαντικότεροι για τη Μεσόγειο είναι (εικόνα 24): 1) Μέσω ναυσιπλοΐας (προσκόλληση στα ύφαλα των πλοίων και μεταφορά με τα νερά των ερμάτων). 2) Μέσω της διώρυγας του Σουέζ. 3) Μέσω υδατοκαλλιεργειών. 4) Μέσω ενυδρείων. 5) Μέσω άλλων φορέων (π.χ. διακοσμητικά, δίχτυα). Εικόνα 24: Φορείς εισαγωγής ξενικών ειδών στη Μεσόγειο (Zenetos 2007). 2.6 Η ανθρωπογενής κλιματική αλλαγή θα επιμείνει για πολλούς αιώνες Οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου (C0 2, Ν 2 0, PFCs, SF 6 ) έχουν μακρόχρονη επίδραση στην ατμοσφαιρική σύνθεση, στο ισοζύγιο ακτινοβολιών του συστήματος γης-ατμόσφαιρας και στο κλίμα. Ενδεικτική είναι η παρατήρηση ότι, μερικούς αιώνες μετά την πραγματοποίηση ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, 47

48 περίπου το ένα τέταρτο αυτής της αύξησης των συγκεντρώσεων, που προκλήθηκε από εκείνες τις εκπομπές, βρίσκεται ακόμη στην ατμόσφαιρα. Μετά τη σταθεροποίηση της συγκέντρωσης των αερίων του θερμοκηπίου, οι παγκόσμιες μέσες θερμοκρασίες πιθανόν να αυξηθούν με ρυθμό μερικών δεκάτων του βαθμού ανά αιώνα. Στην περίπτωση όμως που δεν θα υπάρξει για τον 21 αιώνα σταθεροποίηση, τότε η αύξηση αυτή θα είναι μερικοί βαθμοί. Όσο χαμηλότερο το επίπεδο στο οποίο θα σταθεροποιηθούν αυτές οι συγκεντρώσεις, τόσο μικρότερη θα είναι η συνολική θερμοκρασιακή αλλαγή. Οι αυξήσεις των παγκόσμιων μέσων επιφανειακών θερμοκρασιών και η άνοδος της στάθμης της θάλασσας προβλέπεται να συνεχισθούν για εκατοντάδες χρόνια μετά την σταθεροποίηση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου (ακόμη και στα σημερινά επίπεδα), λόγω του μεγάλου χρονικού διαστήματος, που χρειάζεται ο βαθύς ωκεανός, για να προσαρμοσθεί στις κλιματικές αλλαγές. Οι παγετώνες θα συνεχίσουν να αντιδρούν στη κλιματική θέρμανση και να συνεισφέρουν στην άνοδο της στάθμης της θάλασσας για χιλιάδες χρόνια μετά τη σταθεροποίηση του κλίματος. Τα μοντέλα υποδεικνύουν ότι η τοπική θέρμανση πάνω από τη Γροιλανδία πιθανόν να είναι 1 έως 3 φορές μεγαλύτερη του παγκόσμιου μέσου. Επίσης προβλέπουν ότι μία τοπική αύξηση μεγαλύτερη από 3 C, εάν συντηρείται για χιλιετίες, θα οδηγήσει σε ουσιαστικά πλήρη λιώσιμο του παγετώνα της Γροιλανδίας με συνεπαγόμενη αύξηση του επιπέδου της θάλασσας χερίπου κατά 7 μέτρα. Μία τοπική θέρμανση των 5.5 C, εάν συντηρηθεί για 1000 χρόνια, ενδέχεται να οδηγήσει σε μία συνεισφορά από τη Γροιλανδία σε περίπου 3 μέτρα άνοδο του επιπέδου της θάλασσας. 2.7 Οφέλη και ζημίες από την κλιματική αλλαγή Μ ε βάση μελέτες και μοντέλα: Οι προβλεπόμενες αρνητικές συνέπειες της κλιματικής αλλαγής περιλαμβάνουν: Γενική μείωση στις δυνατότητες των σοδειών στις περισσότερες τροπικές και υποτροπικές περιοχές για τις περισσότερες προβλέψεις αυξήσεων στην θερμοκρασία. Γενική μείωση με μεταβολή/διακύμανση των σοδειών στις περιοχές των μεσαίων πλατών, όταν οι αυξήσεις στην ετήσια μέση θερμοκρασία υπερβαίνουν τους μερικούς βαθμούς Κελσίου. Μειωμένη διαθεσιμότητα πόσιμου νερού σε περιοχές, όπου σπανίζουν αποθέματα νερού και ιδιαίτερα στις υπο-τροπικές. 48

49 Αύξηση του αριθμού των ατόμων, που εκτίθενται σε λοιμώδεις ασθένειες (μαλάρια και χολέρα) και αύξηση των θανάτων λόγω καύσωνα. Αύξηση του κινδύνου πλημμύρων για ανθρώπινους οικισμούς και μεμονωμένες κατοικίες από αυξημένο υετό και άνοδο του επιπέδου της θάλασσας. Αυξημένη ενεργειακή ζήτηση για ψύξη χώρου, λόγω των αυξημένων καλοκαιρινών θερμοκρασιών. Προβλεπόμενα οφέλη με βάση τα ίδια μοντέλα και μελέτες είναι: Αυξημένη δυνατότητα σοδειών σε ορισμένες περιοχές στα μεσαία πλάτη. Πιθανή αύξηση στην παγκόσμια τροφοδοσία ξυλείας από κατάλληλα διαχειριζόμενα δάση. Αύξηση της διαθεσιμότητας του νερού για πληθυσμούς σε περιοχές με περιορισμένα αποθέματα νερού (πχ Νότιο - Ανατολική Ασία). Μείωση της θνησιμότητας κατά τη διάρκεια του χειμώνα σε μεσαία και υψηλά πλάτη. Μειωμένη ζήτηση για θέρμανση χώρων, λόγω υψηλότερων θερμοκρασιών το χειμώνα. 49

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΩΝ ΚΛΙΜΑΤΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΣΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η Οικονομική του Περιβάλλοντος εξετάζει πώς οι ανθρώπινες αποφάσεις επηρεάζουν την ποιότητα του περιβάλλοντος, πώς οι ανθρώπινες αξίες και θεσμοί διαμορφώνουν τις ανάγκες μας για βελτίωση της ποιότητας του περιβάλλοντος αυτού, και ειδικότερα, πώς να σχεδιάζονται αποτελεσματικές δημόσιες πολιτικές για την επίτευξη μιας τέτοιας βελτίωσης. Η Οικονομική του Περιβάλλοντος εστιάζει σε όλες τις διαφορετικές πλευρές που μπορεί να υπάρξουν στις σχέσεις μεταξύ της ποιότητας του περιβάλλοντος και της οικονομικής συμπεριφοράς τόσο μεμονωμένων προσώπων όσο και ομάδων ανθρώπων. Υπάρχει το θεμελιώδες ερώτημα, πώς το οικονομικό σύστημα διαμορφώνει τα οικονομικά κίνητρα που οδηγούν είτε σε περιβαλλοντική υποβάθμιση,είτε σε περιβαλλοντική βελτίωση. Επίσης,υπάρχουν σοβαρά προβλήματα στο να αποτιμηθούν τα οφέλη και τα κόστη που προκύπτουν από τις αλλαγές με στόχο την περιβαλλοντική ποιότητα, ιδιαίτερα των δυσνόητων. Έτσι, υπάρχει μια σειρά πολύπλοκων μακροοικονομικών θεμάτων, όπως η σχέση μεταξύ της οικονομικής ανάπτυξης και των συνεπαγόμενων περιβαλλοντικών επιδράσεων, ή η επίδραση της περιβαλλοντικής νομοθεσίας και των συναφών κανονισμών και περιορισμών στην ανάπτυξη. Επίσης, υπάρχουν όλα τα κρίσιμα θέματα τα οποία αφορούν στο σχεδιασμό και την ανάπτυξη περιβαλλοντικών πολιτικών οι οποίες να είναι ταυτόχρονα αποτελεσματικές και δίκαιες. Με βάση τα παραπάνω, η απλή επισήμανση και προβολή των περιβαλλοντικών θεμάτων και προβλημάτων,ενώ είναι απαραίτητη,δεν είναι αρκετή.απαιτείται επιστημονική μελέτη και γνώση του πώς οι άνθρωποι αποτιμούν την ποιότητα του περιβάλλοντος και πόσο πολύ η υποβάθμιση του περιβάλλοντος αυτού τους ενοχλεί και τους προβληματίζει. Χρειάζεται, επίσης,να εξερευνηθεί γιατί οι άνθρωποι συμπεριφέρονται όπως συμπεριφέρονται απέναντι στο φυσικό περιβάλλον, και πώς θα μπορούσε να ανασχηματισθεί το υφιστάμενο σύστημα ώστε να καταστεί δυνατή η αναστροφή των επιβλαβών πρακτικών του παρελθόντος. Βασική θέση της περιβαλλοντικής οικονομικής είναι, ότι, όπου το αγαθό της οικονομικής ανάπτυξης συγκρούεται με το αγαθό της περιβαλλοντικής προστασίας, η μόνη ορθολογική προσέγγιση είναι ο συγκερασμός, με βάση τη σύγκριση των ωφελειών και του κόστους εκατέρωθεν.συνιστάται δε η αξιοποίηση των οικονομικών κινήτρων για την προώθηση της περιβαλλοντικής προστασίας στη 50

51 λογική του «ο μολύνων πληρώνει». Γιατί, αν όποιος μολύνει υποχρεωθεί να πληρώνει, θα προσπαθεί να μην μολύνει για να μην επιβαρύνεται. Η οικονομία του περιβάλλοντος, ως κλάδος των οικονομικών, έχει διατρέξει μια παράλληλη πορεία με τη γενικότερη οικονομική θεωρία τουλάχιστον από τον 18ο αιώνα. Όλοι οι μεγάλοι κλασικοί οικονομολόγοι έχουν εκφράσει, άμεσα ή έμμεσα, απόψεις που διαμόρφοοσαν σταδιακά την οικονομία του περιβάλλοντος ως αυτοτελή επιστημονικό κλάδο.η περιβαλλοντική οικονομία αρχίζει να αναπτύσσεται δυναμικά και με συστηματικό τρόπο τις δεκαετίες στις Η.Π.Α., ταυτόχρονα με το πρώτο κύμα της οικολογικής ανησυχίας (Navrud & Pruckner, 1997), ενώ στην Ευρώπη και σε αρκετές αναπτυσσόμενες χώρες της Ασίας, της Λατινικής Αμερικής και της Αφρικής, κατά τις δεκαετίες (Navrud, 1992; Navrud & Pruckner, 1997). Οι επιδράσεις της κλιματικής αλλαγής αναμένεται να επηρεάσουν εκτός των οικοσυστημάτων, της βιοποικιλότητας, των υδατικών πόρων και της ανθρώπινης υγείας, πολλούς οικονομικούς τομείς, όπως η γεωργία, ο τουρισμός και ο κλάδος των ασφαλειών (IPCC, 2007). Η Έκθεση Stern(βλέπε κεφ 4) για τα οικονομικά της κλιματικής αλλαγής ανέδειξε με αιχμηρό τρόπο την οικονομική διάσταση των επιδράσεων αυτών με την εκτίμηση του κόστους ευκαιρίας που συνδέεται με την υιοθέτηση αποτελεσματικών δράσεων για την παρεμπόδιση του προβλήματος σε εθνικό και διεθνές επίπεδο (ΗΜ-Treasury, 2006). Το πρώτο αποφασιστικό βήμα αντιμετώπισης της κλιματικής αλλαγής σε παγκόσμια κλίμακα αποτέλεσε η Σύμβαση-Πλαίσιο των Ηνωμένων Εθνών για τις κλιματικές μεταβολές (UNFCCC). Η Σύμβαση υπογράφηκε τον Ιούνιο του 1992 στο Ρίο ντε Τζανέιρο της Βραζιλίας, στο πλαίσιο της Συνδιάσκεψης για τη Γη, από 154 χώρες και έθεσε τις βάσεις της συνεργασίας των χωρών για τη μείωση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα. Το επόμενο βήμαορόσημο αποτέλεσε η ψήφιση του «Πρωτοκόλλου του Κιότο» κατά την 3 Σύνοδο των Συμβαλλομένων στο UNFCCC Μερών, τον Δεκέμβριο του 1997 στο Κιότο της Ιαπωνίας. Το Πρωτόκολλο καθορίζει νομικά δεσμευτικούς στόχους εκπομπών για τις ανεπτυγμένες χώρες με αντικειμενικό σκοπό «τη σταθεροποίηση της συγκέντρωσης των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα σε ένα επίπεδο που θα προλαμβάνει την επικίνδυνη ανθρωπογενή παρέμβαση στο κλίμα» (UN, 1998). Συγκεκριμένα, οι χώρες που υπέγραψαν το Πρωτόκολλο δεσμεύτηκαν να μειώσουν τις συνολικές εκπομπές έξι αερίων του θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα-cο, 4 2 μεθάνιο-cη, υποξείδιο του αζώτου-ν 0, υδροφθοράνθρακες-hfcs, υπερφθοράνθρακες-pfcs και εξαφθοριούχο θείο-sf 6 κατά 5% τουλάχιστον κάτω από τα 51 η 2

52 επίπεδα του 1990 στο διάστημα , διάστημα το οποίο γνωστό ως πρώτη περίοδος δέσμευσης. Το Πρωτόκολλο του Κιότο καθιερώνει ένα μηχανισμό διεθνών διαπραγματεύσεων, αναπτύσσει ένα σύστημα απογραφής των εκπομπών και παρακολούθησης της εξέλιξης τους και εγκαινιάζει ένα σύστημα επιβολής κυρώσεων για τη μη συμμόρφωση με τις υποχρεώσεις κάθε κράτους μέλους του Πρωτοκόλλου. Για την επίτευξη των στόχων που θέτει το Πρωτόκολλο, κάθε χώρα μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα μείγμα εγχώριων πολιτικών και μέτρων προκειμένου να μειώσει τις εκπομπές της, παράλληλα με κάποιους από τους τρεις «ευέλικτους μηχανισμούς», οι οποίοι προβλέπονται από το Πρωτόκολλο και λειτουργούν με βάση την οικονομία της αγοράς: Τον Μηχανισμό Καθαρής Ανάπτυξης (Clean Development Mechanism/CDM) ο οποίος επιτρέπει τη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου με σημαντικά χαμηλότερο κόστος, μέσω της χρηματοδότησης από τις βιομηχανικά αναπτυγμένες χώρες σχετικών επενδυτικών προγραμμάτων στις αναπτυσσόμενες χώρες. Την Από Κοινού Εφαρμογή (Joint Implementation/JI) που, σε αντίθεση με τον Μηχανισμό Καθαρής Ανάπτυξης, αφορά μόνο εκείνες τις χώρες που έχουν δεσμευτεί σε μειώσεις μέσω του Πρωτοκόλλου του Κιότο (όπως π.χ. οι χώρες της Ανατολικής Ευρώπης). Την Εμπορία Εκπομπών (Emissions Trading/ET), η οποία επιτρέπει την επίτευξη των περιβαλλοντικών στόχων με οικονομικά αποτελεσματικό τρόπο μέσω συναλλαγών αδειών που παρέχουν το δικαίωμα εκπομπής συγκεκριμένης ποσότητας αερίων του θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια μίας καθορισμένης περιόδου. Η Εμπορία Εκπομπών αποτελεί ένα από τα σημαντικά εργαλεία, που προβλέπονται από το Πρωτόκολλο του Κιότο. Η εφαρμογή του Συστήματος Εμπορίας Δικαιωμάτων Εκπομπών (ΣΕΔΕ) σε διεθνή κλίμακα, σύμφωνα με το Πρωτόκολλο, αναμένεται να ξεκινήσει το Η Ευρωπαϊκή Ένωση (EE), θεωρώντας σημαντική την απόκτηση από τα κράτη-μέλη εμπειρίας στην εμπορία εκπομπών, καθιέρωσε το δικό της ΣΕΔΕ, το European Union-Emission Trading System (EU-ETS), προκειμένου να προωθηθεί η μείωση των ανθρω-πογενών εκπομπών αερίων θερμοκηπίου κατά τρόπο οικονομικά αποδοτικό. To EU-ETS είναι ένα σύστημα «ανώτατου ορίου και εμπορίου» (cap and trade) το οποίο αποτελεί τμήμα της στρατηγικής της EE στην κατεύθυνση της εκπλήρωσης των δεσμεύσεων της για μείωση των εκπομπών κατά 8% την περίοδο σε σχέση με τα επίπεδα του Ο διακανονισμός των επιμέρους υποχρεώσεων των 52

53 15 χωρών που εντάχθηκαν στην EE πριν από το 2004 αποτέλεσε το αντικείμενο της Συμφωνίας Κατανομής Βαρών (burden-sharing agreement) που επιτεύχθηκε τον Ιούνιο του 1998 στο Συμβούλιο των Υπουργών Περιβάλλοντος της EE. Με εξαίρεση τη Μάλτα και την Κύπρο, που δεν έχουν δεσμευτικούς στόχους, τα 10 νέα κράτη-μέλη διατηρούν τους εθνικούς τους στόχους, όπως αυτοί τέθηκαν στο Πρωτόκολλο του Κιότο. To EU-ETS τέθηκε σε ισχύ την 1 Ιανουαρίου 2005 και καλύπτει εγκαταστάσεις στα 25 κράτη-μέλη στις οποίες αντιστοιχεί σχεδόν το 45% των εκπομπών C0 και το 30% όλων των αερίων του θερμοκηπίου στην EE. 2 Συγκεκριμένα τα κράτη-μέλη καθορίζουν όρια εκπομπών C0 για τις εγκαταστάσεις που εμπίπτουν στο εθνικό τους ΣΕΔΕ και εκδίδουν «άδειες» (European Union Allowance Units, EUAs) για τις ποσότητες C0 που αυτές επιτρέπεται να εκπέμπουν. Οι εγκαταστάσεις που επιτυγχάνουν να μειώσουν τις εκπομπές τους πέρα από τα καθοριζόμενα όρια, στη διάρκεια ενός έτους, μπορούν να πωλούν τις άδειες, που εξοικονόμησαν, στις εγκαταστάσεις που αδυνατούν να τηρήσουν τα όρια εκπομπής ή σε αυτές που το κόστος για τις επεμβάσεις μείωσης εκπομπών είναι μεγαλύτερο αυτού της αγοράς δικαιωμάτων. Αντίστοιχα, μία εγκατάσταση έχει τη δυνατότητα να αυξήσει τις εκπομπές της πάνω από τα επίπεδα των δικαιωμάτων που της έχουν χορηγηθεί αγοράζοντας ανάλογα δικαιώματα από την αγορά. Το κύριο πλεονέκτημα της εμπορίας εκπομπών είναι ότι επιτρέπει να επιτευχθούν οι περιβαλλοντικοί στόχοι με τρόπο οικονομικά αποτελεσματικό. Η αποτελεσματικότητα των αγορών αδειών εκπομπών έχει αποδειχθεί σε θεωρητικό επίπεδο [Baumol, W. J. and W. Ε. Oates (1988)], παρά τα προβλήματα που δημιουργούνται όταν οι αγορές δεν είναι τέλεια ανταγωνιστικές [Sartzetakis (1997) και (2004)]. Επίσης η αποτελεσματικότητα των αγορών αδειών έχει καταγραφεί και σε εμπειρικό επίπεδο, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση της αγοράς αδειών S0 στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής [Joskow, Schmalensee, et al. (1998) και Ellerman et. al. (2000)]. Καθώς η πρώτη φάση της λειτουργίας της αγοράς EU-ETS έχει μόλις ολοκληρωθεί, δεν υπάρχει ολοκληρωμένη αποτίμηση του προγράμματος έως σήμερα. Η παρούσα επιχειρεί μια πρώτη αποτίμηση σε ένα γενικό, περιγραφικό επίπεδο της λειτουργίας της αγοράς αδειών EU-ETS, και στη συνέχεια τον υπολογισμό των επιπτώσεων στα χρηματοοικονομικά μεγέθη των ελληνικών επιχειρήσεων. Τέλος, γίνεται μια εκτίμηση της μετά-κιότο εποχής με βάση κυρίως τις πρόσφατα δημοσιοποιημένες προθέσεις της EE. η

54 3.2 Οι Αγορές Ανθρακα στην Ευρώπη Το νομικό πλαίσιο του ΣΕΔΕ δεν ρυθμίζει θέματα τόπου και χρόνου της αγοράς δικαιωμάτων, η οποία έχει αποκτήσει όλα τα χαρακτηριστικά των υπόλοιπων αγορών εμπορευμάτων και έχει αποδειχτεί ιδιαίτερα ευμετάβλητη, με τις τιμές των δικαιωμάτων να κυμαίνονται εντός ενός μεγάλου εύρους (0,03-30,45 /τόνο) και να παρουσιάζουν σαφείς ανοδικές τάσεις. Ταυτόχρονα, χαρακτηρίζεται από σχετικά χαμηλή ρευστότητα, περιορισμένους συμμετέχοντες και αυξημένη πολυπλοκότητα, καθώς εμφανίζονται διαρκώς νέα παράγωγα προϊόντα άνθρακα με τη μορφή futures ή options. Οι βασικοί τρόποι συμμετοχής μιας υπόχρεης επιχείρησης στην αγορά δικαιωμάτων περιλαμβάνουν: Πράξεις OTC (Over Τhe Counter) Πραγματοποιούνται μέσω της απευθείας διαπραγμάτευσης και συναλλαγής μεταξύ ενός πωλητή και ενός αγοραστή. Οι όροι και οι συνθήκες της συναλλαγής κανονίζονται μεταξύ των ενδιαφερόμενων μερών ή ακολουθούν ένα από τα διεθνώς αποδεκτά πρότυπα που έχουν αναπτυχθεί για τον σκοπό αυτό από διάφορους φορείς, όπως οι International Emissions Trading Association-IETA, International Swaps and Derivatives Association-ISDA, και European Federation of Energy Traders-EFET. To 2005, οι πράξεις OTC κατείχαν περίπου το 50% του συνόλου των πράξεων στην ευρωπαϊκή αγορά, ποσοστό που αναμένεται να φθίνει στο μέλλον καθώς τα ευρωπαϊκά χρηματιστήρια οργανώνονται καλύτερα (PointCarbon, 2007). Οι πράξεις OTC ενδείκνυνται κυρίως για μικρές επιχειρήσεις, οι οποίες έχουν περιορισμένη δυνατότητα πρόσβασης σε οργανωμένα χρηματιστήρια ρύπων, καθώς και για επιχειρήσεις που θέλουν να κάνουν λίγες πράξεις εντός του έτους, συνήθως για να καλύψουν τη θέση τους στο εθνικό μητρώο δικαιωμάτων εκπομπών. Δεν ενδείκνυνται για επιχειρήσεις που ενδιαφέρονται να συμμετάσχουν στη διεθνή αγορά άνθρακα, ως τμήμα της στρατηγικής που ακολουθούν για τη διαχείριση των εκπομπών τους ή/και για επιχειρήσεις που ενδιαφέρονται να έχουν πολλαπλές συναλλαγές σε μικρά χρονικά διαστήματα Συναλλαγή μέσω χρηματιστηριακών αγορών Γίνεται μέσω δημοπρασίας που πραγματοποιείται με βάση κανόνες θεσπισμένους από τα υπάρχοντα χρηματιστήρια ενεργειακών προϊόντων και δικαιωμάτων ρύπων στην Ευρώπη. Η διαπραγμάτευση αφορά τόσο άμεσες συναλλαγές (spot) όσο και 54

55 συναλλαγές παραγώγων. Τα κυριότερα ευρωπαϊκά χρηματιστήρια παρουσιάζονται κατά φθίνοντα όγκο συναλλαγών στον πίνακα 2. Τα Κυριότερα Χρηματιστήρια Ρύπων στην Ευρώπη ΧΡΗΜΑΤΙΣΤΗΡΙΟ ΕΔΡΑ ΠΡΟΙΟΝΤΑ European Climate Ολλανδία Spot, futures, options Exchange(ECX) Nordpool Νορβηγία Spot, futures Powernext Γαλλία Spot European Energy Γερμανία Spot, futures Exchange(EEX) Energy Exchange Αυστρία Spot Austria(EXA) Πίνακας 2,h (Πηγή: 5 International Financial Research Forum, επεξεργασμένο από τους συγγραφείς) Συναλλαγές μέσω χρηματιστηριακών μεσιτών (brokers) Οι οποίοι μεσολαβούν μεταξύ αγοραστή και πωλητή σε κάποιες πράξεις OTC ή/ και τοποθετούν τις εντολές αγοράς ή πώλησης στο αντίστοιχο χρηματιστήριο. Το κόστος των συναλλαγών αυτών εξαρτάται από το μέγεθος της πράξης, τον τρόπο χρέωσης κάθε μεσίτη (σταθερό ποσό ανά δικαίωμα ή ποσοστό επί της συμφωνηθείσας τιμής του) και την προμήθεια του χρηματιστηρίου. Πολλές εταιρείες παροχής μεσιτικών υπηρεσιών άνθρακα δραστηριοποιούνται στην Ευρώπη ήδη από τον Ιανουάριο του Κεφάλαια άνθρακα (carbon funds) Αποτελούν μια εναλλακτική λύση για την αγορά δικαιωμάτων σε τιμές χαμηλότερες από τις τρέχουσες χρηματιστηριακές. Τα κεφάλαια άνθρακα είναι οργανισμοί οι οποίοι εξασφαλίζουν μονάδες άνθρακα (carbon credits) από τη συμμετοχή τους σε έργα CDM και JI. Οι Πιστοποιημένες Μειώσεις Εκπομπών (Certified Emissions Reductions, CERs) και οι Μονάδες Μείωσης Εκπομπών (Emissions Reduction Units, ERUs) που παράγονται από τα έργα αυτά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη των στόχων του Πρωτοκόλλου και, ως εκ τούτου, αποτελούν αντικείμενο διαπραγμάτευσης στην αγορά δικαιωμάτων. Έως τον 55

56 Μάρτιο του 2006 είχαν δημιουργηθεί περισσότερα από 50 carbon funds, τα σημαντικότερα εκ των οποίων παρουσιάζονται στον πίνακα 3. Τα Σημαντικότερα Carbon Funds στην Ευρώπη Carbon Fund Διαχειριστής Συμμετοχή Έργα Prototype Carbon Fund(PCF) Community Development Carbon Fund (CDCF) The Netherlands EBRD carbon fund Παγκόσμια Τράπεζα 6 κυβερνήσεις, 17 εταιρείες CDM, JI IETA 9 κυβερνήσεις, CDM, JI 16 εταιρείες Ευρωπαϊκή Κυβέρνηση της JI τράπεζα για Ολλανδίας ανασυγκρότηση και ανάπτυξη Πίνακας 3 (Πηγή: ΕΠΕΜ, επεξεργασμένο από τους συγγραφείς) 3.3 Προσδιορισμός της τιμής των δικαιωμάτων των εκπομπών Η τιμή των δικαιωμάτων εκπομπής αερίων του θερμοκηπίου δεν καθορίζεται ούτε ελέγχεται διοικητικά από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή, αλλά αποτελεί προϊόν διαπραγμάτευσης των συμμετεχόντων στην αγορά. Ουσιαστικά δηλαδή καθορίζεται με βάση τους νόμους της προσφοράς και ζήτησης σε μία αγορά όπου ισχύουν οι νόμοι του ανταγωνισμού, αλλά παρατηρούνται και οι συνήθεις στρεβλώσεις. Τα τρία χρόνια συναλλαγών δικαιωμάτων εκπομπών ήταν αρκετά για να εξαχθούν κάποια συμπεράσματα ως προς το ποιοι είναι οι παράγοντες εκείνοι που κατά κύριο λόγο προσδιορίζουν την τιμή των δικαιωμάτων. Οι Ellerman and Buchner (2008) εξετάζουν το κατά πόσον η αρχική διανομή αδειών οδήγησε στην υπερβάλλουσα προσφορά τους ή οι επενδύσεις των επιχειρήσεων στην μείωση των εκπομπών τους, οδήγησε στη μείωση της ζήτησης και στις παρατηρούμενες αυξομειώσεις της τιμής τους, ιδιαίτερα στην κατακόρυφη πτώση της τιμής, τον Απρίλιο του Η ανάλυση τους βασίστηκε στα στοιχεία των δύο πρώτων χρόνων λειτουργίας της αγοράς. Το βασικό συμπέρασμα που εξάγουν είναι ότι, παρότι υπήρξε υπερβάλλουσα προσφορά αδειών, πολύ σημαντικό ρόλο διαδραμάτισαν οι μειώσεις των εκπομπών των εγκαταστάσεων.η βιβλιογραφία, 56

57 τόσο σε θεωρητικό όσο και σε επίπεδο εφαρμοσμένων μελετών [όπως αυτές που έχουν γίνει από μεγάλους οίκους brokers στην Ευρώπη και στην Αμερική καθώς και από τη Παγκόσμια Τράπεζα (ΙΕΤΑ and the World Bank, 2006)], αναγνωρίζει ένα μεγάλο αριθμό παραγόντων που επηρεάζουν τη χρηματιστηριακή τιμή των αδειών. Οι κυριότεροι παράγοντες παρουσιάζονται σχηματικά στο διάγραμμα 1 και αναλύονται αμέσως μετά. Διάγραμμα 1: Ποιοτικό Μοντέλο Προσδιορισμού της Τιμής των Δικαιωμάτων Εκπομπών στα Ευρωπαϊκά Χρηματιστήρια (Πηγή: ΕΠΕΜ, επεξεργασμένο από τους συγγραφείς) Οι τιμές των καυσίμων, τα μετεωρολογικά δεδομένα και η κατάσταση της οικονομίας επηρεάζουν τη ζήτηση αδειών, ενώ τα Εθνικά Σχέδια Κατανομής και οι λοιποί ευέλικτοι μηχανισμοί την προσφορά. Αναλυτικότερα: 9 Η εξέλιξη της τιμής των καυσίμων φαίνεται να είναι ο σημαντικότερος παράγοντας για τον καθορισμό της τιμής των δικαιωμάτων, καθώς η διαφορά των χρηματιστηριακών τιμών γαιάνθρακα και φυσικού αερίου καθορίζει ποιο καύσιμο θα χρησιμοποιήσουν οι ευρωπαϊκές εταιρείες ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Καθώς η χρήση γαιάνθρακα οδηγεί σε σημαντικά μεγαλύτερες εκπομπές C02, η μείωση της τιμής του, σε σχέση με το φυσικό αέριο, οδηγεί στην αύξηση της κατανάλωσης του και επομένως σε αύξηση των τιμών των δικαιωμάτων. 9 Τα μετεωρολογικά δεδομένα καθορίζουν εν μέρει τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας στον οικιακό τομέα. Μετεωρολογικές συνθήκες που αυξάνουν τη ζήτηση, όπως ιδιαίτερα χαμηλές ή υψηλές θερμοκρασίες, οδηγούν σε μεγαλύτερη 57