Geologija i zaštita životne sredine

dr Milica Kašanin-Grubin2013/2014

Konsultacije

• Kabinet 719

• Ponedeljkom od 9 do 13:30h

• Ili po dogovoru

• mkasaningrubin@chem.bg.ac.rs

Oblasti tema za seminarske radove

• Geotermalna energija; ugalj u Srbiji

• Nuklearna katastrofa u Japanu

• Azbest

• Posledice BP katastrofe u Meksičkom zalivu

• Poplave• Poplave

• Rizik od vulkanskih erupcija; rizik od zemljotresa

• GAIA teorija

• Osetljivost terena na promene u životnoj sredini

• Geoinženjerstvo

• Ekološki otisak

Seminarski rad

• Teme će biti zadate 9.12.2013.

• Rad u grupama

• Odbrana radova poslednjeg časa u semestru

• Poster prezentacije

Da li postoji veza između geologije i zaštite životne sredine?

• Da li je ovo suprotnost?

• Razumevanje problema?

• Rešavanje problema?

Šta znači “prirodno” a šta “veštačko”?

GAIA: A new look at life on Earth, James Lovelock, 1979.

• Gaia, grčka boginja Zemlje

• Majke svega živog na Zemlji

• Zemlja jedinstven sistem

• Samoregulacija• Samoregulacija

• Sfere se ne mogu posmatrati odvojeno, tj. razdvajati abiotični i biotični deo

14.000 p.n.e. Neolitska revolucija

lovac – sakupljač poljoprivrednik

ANTROPOCEN, Paul Crutzen i Eugene Stroermer (2000)

• Novo geološko doba

• Teško odrediti početak

• Kada je počela dominacija ljudi?

• Koje stratigrafske, atmosferske i biotičke promenljive bi • Koje stratigrafske, atmosferske i biotičke promenljive bi trebalo da imaju prednost za određivanje antropocena?

• Koliko značajne promene treba očekivati?

• Da li ih treba pratiti na globalnom ili regionalnom nivou?

KLIMA I KLIMATSKE PROMENE

Gas Formula Koncentracija (%)

Azot N2 78,08

Kiseonik O2 20,95

Voda H2O 0 do 4

Atmosfera je tanak sloj gasova koji obavija Zemlju

Prosečan sastav atmosfere do 25km nadmorske visine

Argon Ar 0,93

Ugljen-dioksid CO2 0,0360

Neon Ne 0,0018

Helijum He 0,0005

Metan CH4 0,00017

Vodonik H2 0,00005

Oksid azota N2O 0,00003

Ozon O3 0,000004

Slojevi atmosfere

najgušći sloj; 75% mase; sadrži svu vodenu paru i aerosolinajdeblja iznad ekvatora

temperaturno slojevita

Slojevi su temperaturno različiti

Klimu ne možemo izmeriti

• Možemo meriti temepraturu, jačinu vetra, količinu padavina

• Kombinacija

• Promenljivost

Klima je korisna za ljude

• Sunce, kiša, vetar, toplota voda

• Daje energiju i “hrani” Zemlju, inspiriše umetnike

• Ali i izvor nesigurnosti, koji je podstrek za napredak tehnologije

• Nove tehnologije, prakse i sistemi su izgrađeni da pojačaju otpornost društva na klimu otpornost društva na klimu

Klima je veoma retko konstantna

• Za neke klimatske uslove možemo da kažemo da su “dobri”, a za druge da su “loši”

• Samo na osnovu našeg osećaja, bez univerzalno prihvaćenih vrednosti

• Da li je “dobra” klima stabilna? Ili promenljiva?

• Da li “loša” klima nepredvidiva? Ili suviše topla ili hladna?• Da li “loša” klima nepredvidiva? Ili suviše topla ili hladna?

• Ako bismo pokušali da napravimo idealnu klimu, kakva bi bila?

Sve klime su teške i potencijalno opasne

• Malo je klimatskih predela na kojima ljudi nisu živeli i preživeli

• Danas možemo da se prilagodimo različitijim klimatskim uslovima nego što su to mogli stanovnici Stare Grčke ili sredjeg veka

Stari Grci su prvi definisali “klimu” kao pojam

• 6. vek p.n.e. Pitagorin učenik Parmenides je opisao razliku između pet klimatskih zona na površini pretpostavljene sferične Zemlje

• Zone su se razlikovale po inklinaciji Sunčevih zraka na Zemljinoj površini

• Od “vatrene” zone ekvatora do “ledene” zone severa• Od “vatrene” zone ekvatora do “ledene” zone severa

• Za Grke, na plodnom Mediteranu, ostale klime su donosile opasnost i smrt

• 2. vek n.e. Ptolomej je opisao sedam zona, podela je ostala važeća do rane Renesanse

Razvoj razumevanja klime

• Čvrsta veza između geografske širine i klime je suviše stroga i konstantna

• Istraživači 15. i 16. veka su počeli da preispituju

• Ne samo da su preživeli “vrele” i “ledene” zone, smatrali su da je ceo sistem pogrešanje ceo sistem pogrešan

• Istrumenti 17. i 18. veka (termometar, barometar, merači količine padavina) su pomogli

• Razvoj merenja, zapisivanja, praćenja podataka

• Omogućene su komparativne analize zasnovane na podacima

Prve karte srednjih godišnjih temperatura

• 1848. pruski fizičar Heinrich Dove objavio je prvu kartu srednjih godišnjih temperatura

• 1883. austrijski meteorolog je objavio delo Handbuch der

Klimatologie

• Početkom 20. veka ovaj novi način opisivanja klime kroz kvantifikaciju njenih fizičkih osobina se raširiokvantifikaciju njenih fizičkih osobina se raširio

Kopenova klasifikacija se koristi i danas

• Dva važna napretka ovog veka su:

– Ruski geograf Vladimir Kopen je objavio Kopenovu kalsifikaciju (1900-1936), koja se i danas koristi

– Milioni merenja temerature su prikupljeni i objedinjeni

• Rezultat:• Rezultat:

– Sakrivene lokalne razlike

– Pokazuju ponašanje celog sistema

Kopenova karta

Da bismo razumeli klimu prošlosti potebno je da prikupljamo podatke

• Postoje dva osnovna načina prikupljanja podataka

1. Instrumentima (termometri, barometri, vetrometri)

– Laka za prikupljanje, interpretacija podataka

2. Opisno (godovi, jezga leda, koralni grebeni, morfologija terena, istorijski zapisi)terena, istorijski zapisi)

– Teško za interpretaciju

– Neophodno razumevanje prirodnih procesa

– Neophodne pretpostavke

Merenja - atmosferska temperatura

Merenja - atmosferski pritisak

• težina vazduha po jedinici površine

• smanjuje se sa visinom

• na nivou mora je 105 N m-2

Merenja - vetrovi

Vazdušna kretanja usled razlika između temperatura susednih vazdušnih masa

Pravac vetra• označava sa koje strane sveta vazduh struji• predstavlja se grafički u 8-16 pravaca• određuje se na visini od 6-12 m

Boforovaskala

Brzina ms-1 Opis Uticaj na životnu sredinu

0 0-0,2 Tišina Dim se diže uspravno uvis

1 0,3-1,5 Lak povetarac Pravac vetra se zapaža po kretanju dima

2 1,6-3,3 Povetarac Vetar se oseca na licu; vetrokaz se okreće

3 3,4-5,4 Slab vetarLišće i grančice se stalno pomeraju; razvijaju se lake zastave

4 5,5-7,9 Umeren vetarVetar diže prašinu i listove hartije; pokreće male grane

5 8-10,7 Umereno jak vatar Tanja lisnata stabla počinju da se ljuljaju5 8-10,7 Umereno jak vatar Tanja lisnata stabla počinju da se ljuljaju

6 10,8-13,8 Jak vetar Pokreću se velike grane; čuju se zujanje žica

7 13,9-17,1 Vrlo jak vetar Drveće se ljulja; hodanje uz vetar je otežano

8 17,2-20,7 Olujni vetarVetar lomi grane na drveću; hodanje protiv vetra je nemoguće

9 20,8-24,4 OlujaMala oštećenja na zgradama (otkidanje oluka i sl. )

10 24,5-28,4 Velika olujaVetar čupa drveće iz zemlje; oštećenja na zgradama

11 28,5-32,6 Žestoka oluja Velika oštećenja na zgradama

12 32,7-36,9 Orkanska oluja Veoma velika oštećenja; vrlo retka pojava

Upotreba statistike i proračuna omogućila je kvantifikovan opis klime

• Moguća su o predviđanja klima u budućnosti

• Svetska meteorološka organizacija nalaže da se klima određenog lokaliteta ili regiona može opisati samo ako su dostupni podaci od 30 godina

• “Klima je nešto što očekujemo, a vreme je nešto što • “Klima je nešto što očekujemo, a vreme je nešto što dobijamo”

• Klima i vremenske prilike su različite

Opisna merenja - godovi

• Ako merimo godove i njihovu debljinu možemo da kažemo da li je data godina bila dobra za drvo

• Godine kada je drvo dobro napredovalo, su bile sa obilnijim padavinama

• Godine tokom kojih drvo nije napredovalo bile su sušne

Opisna merenja – jezgro leda

• Voda se sastoji od H2O molekula

• Nisu svi molekuli vode isti

• Neki se sastoje od O16, a drugi od O18

• Hemijski su identični – spajaju se sa H i daju vodu

• Fizički su različiti – O16 je lakši od O18• Fizički su različiti – O16 je lakši od O18

• Usled ovoga se razlikuje “laka” i “teška” voda

O16 O18

“laka” voda “teška” voda

U okeanu se nalazi i “laka” i “teška” voda

• Prilikom evaporacije, voda prelazi u vodenu paru i u atmosferu

“Laka” voda lakše isparava – potrebno je manje energije• Ako je klima hladna, više “lake” vode će dospeti u atmosferu

• Ovo bi značilo da su oblaci tokom hladnijih periode oblaci bogatiji “lakom” vodom

U oblaci tokom hladnijih periode oblaci bogatiji “lakom” vodom

• Posledično, sneg je bogatiji “lakom” vodom nego “teškom”

• Nema dovoljno energije da se pokrene O18

Šta se dešava kada je klima toplija?

• Više energije za pokretanje molekula

• Više O18 molekula nego kada je hladnije

U snegu izjednačeniji odnos “lake” i “teške” vode

Kako se led taloži kroz vreme?

• Različiti nivoi leda imaju različiti izotopski sastav

• Možemo da odredimo kakva je klima bila

topla klima

hladna klima

hladna klima

topla klima

topla klima

Jezgro leda

• 19 cm deo jezgra sa Grenlanda, 1855.

• Vidi se godišnja slojevita struktura

• 11 slojeva svetlijih (označenih sa strelicama) letnjih slojeva između tamnijih zimskih slojeva

Ako analiziramo podatake dobijene na ovaj način šta možemo da zaključimo?

• Dva jezgra Antarktika Vostok i Epica

• Kada su temperature visoke, niska je zapremina leda

• Temperatura vazduha je jedna od najviših u proteklih 400.000 godina

Ako analiziramo podatake dobijene na ovaj način šta možemo da zaključimo?

Klimatske promene danas - činjenice

Pojava:

• Porast temperature za 0,8o C od 1900-2005

• Najtoplijih 10 godina od 1850.

• 2010. g. najtoplija otkada se meri temperatura (1850.)

• Zatim 2005., 1998., 2003., 2002., 2006., 2009., 2007., 2004., 2012.2005., 1998., 2003., 2002., 2006., 2009., 2007., 2004., 2012.

• 2013. g. sedma najtoplija godina

Uzrok:

• Povišen sadržaj CO2 i drugih gasova

Gasovi staklene bašte

Koncentracija1750. g.

Koncentracija2011. g.

% Promene

CO2 280 ppm 390,5 ppm 34%

CH4 0,71 ppm 1871 ppb 152%

N2O 270 ppb 323 ppb 18%

CFC 0 241 ppt -

Varira sa Koncentracija na globalnom nivou

O3 NepoznatoVarira sa

geografskom širinom i visinom

globalnom nivou opala u stratosferi,

a porasla na površini Zemlje

Gasovi staklene bašte

Prirodni izvori Antropogeni izvori

CO2

Organski otpad, šumski požari, vulkani

Fosilna goriva, deforestacija, promena načina korišćenja terena

CH4

Močvare, organski otpad, termiti, prirodni gas

Bušenje nafte, biomasa, gajenje pirinča, domaće žiovtinježiovtinje

N2OŠume, pašnjaci, okeani, zemljišta

Poljoprivreda, ñubriva, biomasa, fosilna goriva

CFC -Frižideri, aerosoli, razreñivači

O3

Nastaje prirodno sunčevom svetlošću

Fotohemijskim reakcijama tokom kojih nastaje smog

Kako znamo da je došlo do klimatskih promena?

• Najduži monitoring emisije CO2 na Mauna Loa vulkanu• Dugoročan rast• Sezonske promene (biljke upijajau C tokom rasta leti i emituju ga tokom raspadanja zimi)

Izvor: Scripps Institution of Oceanography

I koncentracije ostalih gasova su u porastu

Posledica: porast srednjih godišnjih temperatura

http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a004000/a004030/

Globalna distribucija velikih stacionarnih izvora CO2

Na globalnom nivou temperatura prati koncentracije CO2

Podaci iz jezgra leda sa Antarktika

400.0

600.0

800.0

1000.0

350.0

450.0

550.0

650.0

750.0

850.0

950.0

1050.0

mm

godina

Beograd

Novi Sad

200.0

400.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

0.0

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

1400.0

oCmm

padavine temperatura

Zlatibor

Atmosfera danas

U stratosferi “dobar” ozon apsorbuje štetne UV zrake:

O2 + λ = 2O*

O* + O2 = O3

Ozonska rupaDobsonove jedinice (DU)

• O3 + O* = 2O2

• Netoksični, nezapaljivi, nereaktivni Cl-F-ugljovodonici: frižideri, rashladni uredjaji, rastvarači• Montreal, 1987: ½ do 2000.

Los Angeles, 1943

0% oštećenja 25% oštećenja

Arie Jan Haagen-Smit

(1900-1977)

U troposferi “loš” ozon:

NOx + λ = NO(x-1) + O*

O* + O2 = O3

smoke + fog = SMOG

• Ugljen monoksid (CO)

• Oksidi azota (NOx)

• Isparljiva organska jedinjenja (VOCs)

• Oksidi sumpora (SO )• Oksidi sumpora (SOx)

• Kisele aerosoli i čestice

• 90% smoga je OZON (O3)

Hong Kong Santiago

Mexico City

Peking

Toronto

Moskva

ParisBeograd

Los Angeles

Posledica:

1. Jači vremenski ekstremi

promene dužine i intenziteta padavina, uragani; toplotni talasi; suše; poplave

New Orleans Indija

2. Topljenje lednika; promene na 142 od 144 lednika

3. Porast nivoa mora i okeana za 1 m do 2100.; poremećajmorskih struja

4. 200 miliona ljudi će biti ugroženo usled raseljavanja i nastalih epidemija

5. Nestanak biljnih i životinjskih vrsta

Do promene klime je dolazilo i u bliskoj prošlosti

• 1845. Ser Džon Franklin je zaplovio iz Engleske sa ciljem da prouči i kartira okean kroz Severozapadni prolaz – veza između Atlantskog i Pacifičkog okeana

• Cilj je bio nalaženje novih trgovinskih prolaza

• Fanklin i njegovi mornari se nikada nisu vratili niti su nađeni

Severno-atlantski prolaz

• U avgustu 2007. g. Norveški polarni institut je objavio da je prolaz otvoren zbog topljenja arktičkog leda

• Kroz nekoliko godina prolaz je opet zatovren

• Klimatske promene, kao fenemon, su opisivane kroz istoriju

• Tokom 18. veka pisano je da su klimatske promene izazvane • Tokom 18. veka pisano je da su klimatske promene izazvane deforestacijom

• Grof Bufon “Dodatkom ili oduzimanjem šume može da se utiče na temperaturu vazduha. Možemo na ovaj način da utičemo na klimu tako da je prilagodimo potrebama”.

• Srednjovekovni topli period

• Malo ledeno doba

Klima se menjala u prošlosti

Srednjovekovni topli period

Malo ledeno doba

• lokalan ili globalan?

• na Arktiku glečari se povukli

• vinogradi u Engleskoj

• Alpska linija rasta drveća viša

Srednjovekovni topli period 800-1300 g.

• Alpska linija rasta drveća viša

• Islanđani kolonizovali delove Grenlanda (od ~984, narednih 450 godina)

• naselili područja oko fjordova

• poljoprivreda, domaće životinje i lov

• 4000 ljudi na 300-400 farmi

• neslaganje oko početka (od 1250–1650 do ~1750)

• verovatno vulkanska erupcija

• severna hemisfera

• veoma hladne zime

Malo ledeno doba

Malo ledeno doba

• glečari u Severnoj Americi, Grenlandu i Evropi

• luke na Islandu zatvorene

• Njujorška luka zamrznuta, peške do statue Slobode

• 1683. g. milioni ljudi umrlo od gladi u Francuskoj i susednim zemljama

• Stradivarijus imao kvalitetniju violinu

Moramo da prihvatimo granice naučnog znanja

1. Naučno poznavanje klimatskih promene će ostati nekompletno, uvek će biti nesigunosti

2. Znanje delom dobija oblik na način kako dospeva u društvo

– Ceo problem je ispolitizovan i ne možemo nazad

3. Moramo biti iskreniji po pitanju šta nam nauka može reći, a šta 3. Moramo biti iskreniji po pitanju šta nam nauka može reći, a šta ne može

Film “Day after tomorrow”

• Dolazi do promene u Zemljinom sistemu kada dolazi do stajanja morskih struja i

• Holivudski film o katastrofičnom događaju kada dolazi do Ledenog doba, i Amerika je u centru kataklizme• Film je zaradio 500 miliona $

kada dolazi do stajanja morskih struja i dolazi do poplava, cunamija, todnada, uragana.

• Producenti tvrdili da žele da skrenu javnosti pažnju na problem

• Naučnici, političati, NVO smatrali da će ili probuditi javnost, ili će javnost ismejati problem

Film “An Inconvenient Truth”

• Al Gore

• Nobelova nagrada za mir

• Film pruža dolakaze o klimatskim promena i posledica

• Lična priča autora

Kako javnost reaguje na “klimatske promene”?

Klimatske promene ili globalno otopljavanje?

Današnja upoteba resursa dovela do ovakvog stanja

• Resurse trošimo da bismo obezbedili energiju

• Postavljamo pitanja:

1. Koji su osnovni izvori energije?

2. Za šta se sve koristi energija?2. Za šta se sve koristi energija?

3. Sa kojim izazovima se surećemo?

Geoinženjerstvo ima zadatak da se pozabavi klimatskim promena tako što će da pronađe način da se CO2 ukloni iz atmofere ili da se smanji uticaj sunčevih zraka koji dolaze do Zemlje

• Plovilo bez posade koje bi stvaralo oblake i odbijalo sunčeve zrakeod površine Zemlje• Povećavanje količine CO2 koju absorbuju okeani tako što će se velike količine kreča dodati u vodu

2

velike količine kreča dodati u vodu

Uklanjanje CO2 iz vazduha pomoću “veštačkogdrveće”

• Ove mašine povlače gasove iz atmofere koristeći plastičnepoliemere

• Efikasnije od pravog drveća

• CO2 bi se odvodio mlazom vode i koristio u industriji ili smeštao u dubini Zemljesmeštao u dubini Zemlje

Rešenja koja imaju za cilj da smanje količinusunčevih zraka koji dolaze do Zemlje

• Izbacivanje sulfatnih aerosola u stratosferu sa ciljem da odbijusunčeve zrake nazad u više slojeve atmosfere

• Postavljanje hiljade sitnih ogledala u prostor između Zemlje iSunca

Igranje sa prirodom?

• Može da stvori velike probleme koje nećemo moći da rešimo

• Odvraća sa puta štednje koji je neophodan

• Obnovljivi izvori energije• Obnovljivi izvori energije

Hvala!