Περιβαλλοντικά Συστήματα Ενότητα 2: Φυσικός Κόσμος και Περιβάλλον Χαραλαμπίδης Γεώργιος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Σκοπός αυτής της ενότητας είναι:. Η κατανόηση της θέσης του πλανήτη μας στο ηλιακό σύστημα. Η κατανόηση του περιεχομένου της επιστήμης της οικολογίας και τα όρια των οικοσυστημάτων. Ο ορισμός και η εφαρμογή της «Λευκής Βίβλου» στα πλαία της αειφορίας. 4
Περιεχόμενα ενότητας (1/2) Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον. Ατμόσφαιρα και Κλίμα. Ο Ορισμός του Περιβάλλοντος. Η Οικολογία ως έννοια και Επιστήμη. Τα Όρια των Οικοσυστημάτων. 5
Περιεχόμενα ενότητας (2/2) Ζωή και Ενέργεια. Ενέργεια και Περιβάλλον- Ευρωπαϊκή Πράσινη Λευκή Βίβλος για την Ενέργεια. 6
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (1/10) Ο πλανήτης Γη περιστρέφεται ελλειπτικά γύρω από τον ήλιο, με τροχιά περιστροφής 149,600,000 km περίπου, είναι ο τρίτος σε απόσταση από τον ήλιο μετά τον Ερμή και την Αφροδίτη, ηλικία περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. 7
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (2/10) Οι υπόλοιποι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος είναι ο Άρης, ο πλησιέστερος στη Γη, και έρχονται με σειρά απομάκρυνσης από αυτή οι Δίας, Κρόνος, Ουρανός, Ποσειδώνας και Πλούτων. 8
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (3/10) Η ακτίνα της Γης είναι περίπου 6,370 km και ένας από τους μικρότερους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος. Η μάζα της είναι συμπαγής και δεν αποτελείται από συμπιεσμένα αέρια, όπως άλλοι γιγάντιοι πλανήτες. 9
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (4/10) Η Βιόσφαιρα είναι το μέρος εκείνο του πλανήτη το οποίο συνδέεται με τη συστηματική εξέταση των περιβαλλοντικών συστημάτων και όπου καταγράφεται οργανωμένη ζωή. 10
Ελλειπτική τροχιά της γης γύρω από τον Ήλιο Σχήμα 1. Η τροχιά της γης γύρω από τον ήλιο, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, Τόμος Ι., σελ.63, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 11
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (5/10) Η βιόσφαιρα εκτείνεται από το βαθύτερο σημείο των ωκεανών, ένα βάθος περίπου 11 km κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας έως το ύψος των 10 περίπου km επάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Ασφαλώς το πάχος της βιόσφαιρας είναι ελάχιστο συγκρινόμενο με τη διάμετρο του πλανήτη. 12
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (6/10) Η συνολική έκταση της επιφάνειας της Γης υπολογίζεται σε 510,000,000 km2 από τα οποία το 71% περίπου είναι θάλασσα και το 29% ξηρά. Στο Σχήμα 2 καταγράφεται η στοιχειακή σύνθεση του φλοιού της Γης που αποτελείται κυρίως από οξυγόνο, πυρίτιο και αργίλιο. 13
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (7/10) Σχετικά με την πλήρη σύνθεση του πλανήτη, το κύριο στοιχείο της μάζας του είναι ο σίδηρος, με συμμετοχή 34,6% στο συνολικό βάρος του πλανήτη και ακολουθούν το οξυγόνο, πυρίτιο και μαγνήσιο. 14
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (8/10) Ενεργειακά οι μεγάλοι γεωλογικοί κύκλοι τροφοδοτούνται από δύο κύριες πηγές προέλευσης. 15
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (9/10) Η κύρια πηγή προέλευσης της ενέργειας στην επιφάνεια της Γης είναι η ηλιακή ακτινοβολία. Η δεύτερη πηγή ενέργειας είναι η γεωθερμική, δηλαδή η θερμότητα που προέρχεται από το εσωτερικό της Γης και τροφοδοτεί διάφορες γεωφυσικές διεργασίες. 16
Ο Φυσικός Κόσμος και το Περιβάλλον (10/10) Πρέπει να υπογραμμισθεί ότι αν και χρειάσθηκαν εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια για να παγιωθεί η σημερινή μορφή του πλανήτη μας, ιδιαίτερα της επιφάνειας, αρκεί μία ανθρώπινη απροσεξία (η ακόμα και ηθελημένα) για να αλλοιωθεί σημαντικά η μορφή της. 17
Μέση χημική σύνθεση του Φλοιού της Γης Σχήμα 2. Μέση χημική σύνθεση του φλοιού της γης, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, Τόμος Ι., σελ.65, Εκδόσεις Α. Σταμούλη. 18
Μέση χημική σύνθεση της Γης Σχήμα 3. Μέση χημική σύνθεση της γης, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, Τόμος Ι., σελ.65, Εκδόσεις Α. Σταμούλη. 19
Παράγοντες αλλοίωσης της επιφάνειας της Γης (1/2) Άνεμος και νερό: Παρασέρνουν τμήματα του εδάφους. Υπερεντατικές καλλιέργειες. Υπερεντατική εκμετάλλευση των φυσικών πόρων. Καταστροφή των δασών. Άναρχη δόμηση. 20
Παράγοντες αλλοίωσης της επιφάνειας της Γης (2/2) Εκτός των παραπάνω παραγόντων που διαταράσσουν την ισορροπία του πλανήτη, οι δραστηριότητες του ανθρώπου μπορεί να προκαλέσουν σεισμούς καθώς και μεγάλες καταστροφές με τη χρήση πυρηνικής ενέργειας. 21
Υδρόσφαιρα (1/2) Στον όρο «Υδρόσφαιρα» περιλαμβάνονται εκτός των νερών των ωκεανών, το σύνολο του νερού του πλανήτη, όπως οι ατμοί, οι σταγόνες του νερού στην ατμόσφαιρα, οι λίμνες και τα ποτάμια, το υπόγειο νερό, το νερό των παγετώνων στον Αρκτικό και Ανταρκτικό του Βορείου και Νοτίου Πόλου της Γης. 22
Υδρόσφαιρα (2/2) Στον παρακάτω Πίνακα 1 δίδεται ο τρόπος με τον οποίο είναι αποθηκευμένο το νερό στην υδρόσφαιρα. 23
Αποθηκευμένο νερό στην υδρόσφαιρα Πίνακας 1. Όγκος αποθηκευμένου νερού στην υδρόσφαιρα, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, Τόμος Ι., σελ.66, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. Αποθήκη νερού Όγκος (1000km 3 ) Μέσος όρος σε διώρυγες 1 Ατμοί και σύννεφα στην ατμόσφαιρα 13 Νερό στα εδάφη 67 Αλμυρές λίμνες, κλειστές θάλασσες 104 Λίμνες γλυκού νερού 1254 Υπόγεια ύδατα 8300 Παγόβουνα και παγετώνες 29200 Ωκεανοί 1370000 24
Ατμόσφαιρα και κλίμα (1/7) Ατμόσφαιρα : Το στρώμα των αερίων που περιβάλλει την επιφάνεια του πλανήτη και αποτελείται κυρίως από Ν 2, O 2, Ar, CO 2. Είναι αρκετά συμπαγής ώστε να προστατεύει τους οργανισμούς από τα βλαβερά σωματίδια και τις ακτινοβολίες που φθάνουν στην επιφάνεια από το διάστημα. 25
Ατμόσφαιρα και κλίμα (2/7) Συγχρόνως και αρκετά διαφανής για να επιτρέπει την είσοδο της ηλιακής ενέργειας στην επιφάνεια του πλανήτη ώστε να διατηρηθεί η ζωή και οι διάφορες γεωχημικές, βιοχημικές και άλλες σημαντικές για την ζωή και τον ίδιο τον πλανήτη διεργασίες. 26
Ατμόσφαιρα και κλίμα (3/7) Η ατμόσφαιρα λειτουργεί ως θερμικός μονωτής της επιφάνειας της Γης, ενώ η κίνηση των αερίων μαζών δημιουργεί το κατά τόπους κλίμα, καθοριστικός παράγοντας για την κατά τόπους κατανομή της ζωής στην επιφάνεια. 27
Ατμόσφαιρα και κλίμα (4/7) Το ορατό και υπέρυθρο τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάται από τα αέρια της ατμόσφαιρας, ενώ το μεγαλύτερο τμήμα της υπεριώδους απορροφάται από το στρατοσφαιρικό στρώμα του όζοντος με τεράστιες ευεργετικά αποτελέσματα για τη διατήρηση της ζωής στην επιφάνεια του πλανήτη. 28
Ατμόσφαιρα και κλίμα (5/7) Στο επόμενο Σχήμα 4 παρατηρείται μία καθ ύψος μείωση της θερμοκρασίας όσο απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια της Γης. Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει καθ όλο το ύψος της τροπόσφαιρας, ενώ στη συνέχεια λόγω της απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας από το όζον στην στρατόσφαιρα, παρατηρείται μία σταδιακή αναστροφή αυτής της τάσης. 29
Θερμοκρασιακές Μεταβολές στην Ατμόσφαιρα Σχήμα 4. Θερμοκρασιακές μεταβολές στην ατμόσφαιρα, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, Τόμος Ι., σελ.68, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 30
Ατμόσφαιρα και κλίμα (6/7) Η συνήθης θερμοκρασιακή κατανομή στην τροπόσφαιρα αλλοιώνεται από την ταχεία και απότομη, μερικές φορές, κατακόρυφη ανάμειξη των αερίων με αποτέλεσμα η θερμοκρασία να αυξάνεται καθ ύψος. 31
Ατμόσφαιρα και κλίμα (7/7) Η κατάσταση αυτή ονομάζεται «Θερμοκρασιακή αναστροφή», είναι δε μεγάλης σημασίας για τη διαχείριση του περιβάλλοντος διότι εμποδίζει την κατακόρυφη διάχυση των ρυπαντών. 32
Ορισμός του Περιβάλλοντος (1/4) Διαφορετικοί ορισμοί έχουν δοθεί κατά καιρούς από τους ειδικούς για τον ορισμό του περιβάλλοντος. 33
Ορισμός του Περιβάλλοντος (2/4) Η επικρατέστερη άποψη υποστηρίζει ότι. «Το περιβάλλον περιλαμβάνει σε αλληλουχία μεταξύ τους ανθρώπινους θεσμούς και δραστηριότητες, οι οποίες βρίσκονται σε αλληλεπίδραση με τις βιοφυσικές διεργασίες». 34
Ορισμός του Περιβάλλοντος (3/4) Λόγω του πολύ ισχυρού δεσμού του ανθρώπου με το περιβάλλον του, είναι πολύ δύσκολη και ασαφής η διάκριση μεταξύ του ανθρώπου και του περιβάλλοντος. 35
Ορισμός του Περιβάλλοντος (4/4) Οι άνθρωποι θεωρούν έως σήμερα ως δεδομένα τα αγαθά που του παρέχει το περιβάλλον, όπως για παράδειγμα το καθαρό νερό, η γονιμότητα του εδάφους, η απομάκρυνση / διάχυση των ρυπαντών του αέρα κλπ, μία άποψη που πρέπει επειγόντως να αλλάξει λόγω των δραστικών μεταβολών που προκαλεί ο ίδιος στο περιβάλλον. 36
Η Οικολογία ως έννοια και Επιστήμη (1/2) α. Κλάδος της επιστήμης που ασχολείται με την αλληλοσυσχέτιση οργανισμών και του περιβάλλοντός τους. β. Το σύνολο των σχέσεων μεταξύ οργανισμών και του περιβάλλοντός τους. γ. Ανθρώπινη οικολογία είναι ένας κλάδος της κοινωνιολογίας που μελετά τη σχέση μεταξύ μιας κοινότητας ανθρώπων και του περιβάλλοντός της. 37
Η Οικολογία ως έννοια και Επιστήμη (2/2) Βασικό στοιχείο της «Οικολογίας»: Οικολογικό σύστημα ή οικοσύστημα. Οικοσύστημα: «Μία κοινότητα οργανισμών που ζουν σε ένα καθορισμένο φυσικό πλαίσιο (ενδιαίτημα) μαζί με τους βιολογικούς παράγοντες (αβιοτικούς) του περιβάλλοντος (αέρα, νερό, χώμα κλπ), που τους ενισχύουν και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ όλων αυτών των στοιχείων». 38
Τα όρια των οικοσυστημάτων (1/3) Ο πλανητικός κύκλος της ζωής βασίζεται στη συλλογή ενέργειας από τον ήλιο, η οποία καθιστά δυνατή τη φωτοσύνθεση στα φυτά από τα μικροσκοπικά φυτοπλαγκτόν έως τα τεράστια δένδρα. 39
Τα όρια των οικοσυστημάτων Φωτοσύνθεση: (2/3) CO 2 +H 2 0 Υδρογονάθρακες +Ο 2. Ομοιόσταση: Η κατάσταση των φυσικών συστημάτων ώστε κατά τη διαχρονική τους εξέλιξη να αυτοσυντηρούνται και αυτοελέγχονται προκειμένου να προσεγγίζουν μια μακροπρόθεσμη ισορροπία, μία δυναμική ισορροπία. 40
Τα όρια των οικοσυστημάτων (3/3) Τα φυσικά συστήματα προσαρμόζονται σε συνθήκες που αντιμετώπισαν στο παρελθόν. Κάθε οργανισμός και κάθε οικοσύστημα έχει τα όριά του. 41
Ενεργειακό πλανητικό ισοζύγιο Πίνακας 2. Ενεργειακό πλανητικό ισοζύγιο, τροποποίηση από: Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, Τόμος Ι., σελ.73, Εκδόσεις Α.Σταμούλη. 42
Ζωή και Ενέργεια (1/2) Η σύγχρονη τεχνολογική γεωργία ακόμη και σήμερα δεν είναι αποτελεσματική από πλευράς αξιοποίησης της ενέργειας, δεδομένου ότι η ενεργειακή απόδοση της βιομηχανικής γεωργίας είναι αρνητική, καθώς καταναλώνει περισσότερη ενέργεια από αυτή που τελικά ενσωματώνεται στα προϊόντα της. 43
Ζωή και Ενέργεια (2/2) Παράδειγμα: Καλλιέργεια, αποδοτικότητα και κατανάλωση ενέργειας ενός στρέμματος στις Η.Π.Α. και στην Ινδία. 44
Ενέργεια και Περιβάλλον Παραγωγή και κατανάλωση ενέργειας : Ρύπανση της ατμόσφαιρας και άλλων φυσικών στοιχείων. Νομοθετικές παρεμβάσεις. Τοπική Εθνική Διασυνοριακή - Κοινοτική Πλανητική Διάσταση. Αξιοποίηση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. 45
Αντιμετώπιση του φαινομένου του θερμοκηπίου (1/4) 1992: Συνδιάσκεψη του Ρίο: Προαιρετική εφαρμογή των προτάσεων. 1997: Συνδιάσκεψη του Κιότο- Πρωτόκολλο του Κιότο: Επιχειρείται ένας καταμερισμός του ύψους της εκπομπής των αερίων του θερμοκηπίου μεταξύ των τεχνολογικά ανεπτυγμένων χωρών. 46
Αντιμετώπιση του φαινομένου του θερμοκηπίου (2/4) 2008-2012: Περίοδος ελέγχου του πρωτοκόλλου του Κιότο. 2005: Νομική ισχύ του πρωτοκόλλου του Κιότο. 47
Αντιμετώπιση του φαινομένου του θερμοκηπίου (3/4) Εισάγονται ευέλικτοι μηχανισμοί για την επίτευξη των στόχων του πρωτοκόλλου. Στο πλαίσιο αυτό προτείνεται η καθιέρωση του εμπορίου ρύπων. Η εκτέλεση έργων από κοινού μεταξύ των τεχνολογικά ανεπτυγμένων χωρών. Ο μηχανισμός καθαρής ανάπτυξης. 48
Αντιμετώπιση του φαινομένου του θερμοκηπίου (4/4) 31 Δεκεμβρίου 2004: Υποβολή από τα 25 κράτη μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης των εθνικών σχεδίων κατανομής των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου προς έγκριση από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή. Οι επιβαρύνσεις για κάθε τόνο υπέρβασης CO 2 κλιμακώνονται από 40 για την περίοδο 2005-2007 έως 100 για την περίοδο 2008-2012. 49
Βιβλιογραφία 1. Καλδέλης Κ.Ι. & Χαλβατζής Ι.Κ.: Περιβάλλον και Βιομηχανική Ανάπτυξη, Τόμος Ι., Εκδόσεις Α. Σταμούλη. 50
Τέλος Ενότητας