Lyngfelt, 5-Nov-03, k1inledn Miljöföreläsning 1. Introduktion. Människan och miljön. Introduktion. En stor del av det som sägs inledningsvis om hur kursen är organiserad och vad den innehåller finns att läsa i kursprogrammet och kommer därför inte att upprepas här. Några korta ord om vad kursen handlar om. Nedanstående figur illustrerar det kunskapsområde som kursen omfattar. YTTRE MILJÖ luft biosfären mark vatten PÅVERKAN <---------------- SAMHÄLLET (teknosfären) ÅTGÄRDER KUNSKAP lagstiftning, miljöanalys miljöteknik, kretslopp/avfall Kursen skall ge en grund för att förstå den roll tekniska system har för miljön. Den behandlar både grundläggande miljövetenskap och miljöteknik/åtgärder. För att förstå den påverkan av den yttre miljön som det mänskliga samhället utgör behövs kunskaper om den yttre miljön. Man behöver förstå hur mark, vatten, luft och biosfären fungerar. För att kunna minska påverkan krävs inte bara miljöteknik, det krävs också goda kunskaper om vilken miljöpåverkan som orsakas av olika verksamheter och produkter. Vidare krävs samhälleliga styrmedel, t.ex. lagstiftning. Speciellt behandlas avfallssystemet då kraven på att minska avfallsmängden kommer att få allt större betydelse för hur produkter och produktionsprocesser utformas. Det bör påpekas att miljöteknik i bemärkelsen rening av rökgaser, miljövänligare motorer o.s.v. kommer att behandlas mera i senare kurser i utbildningen där det också finns förutsättningar för att diskutera sådan teknik mera utförligt. Kursens målsättning och innehåll finns ytterligare beskrivet i kursprogrammet. Människan och miljön Miljöproblem är egentligen en logisk konsekvens av människans olika ansträngningar att påverka sin situation och är inte något nytt, t.ex. anses stora delar av Mellanösterns öknar vara en effekt av människans markanvändning. I Spanien dog skogar på grund utsläpp från rostning av sulfidhaltig malm för 2000 år sedan. Det idag i stort sett skoglösa Island var täckt av skog "från hav till fjäll" när vikingarna kom dit för 1000 år sedan. Inte heller miljölagstiftning är något helt nytt; för 700 år sedan förbjöd Edward den II koleldning i London. (F1.4)
Det som är nytt är att en mycket snabb befolkningsökning i kombination med en mycket snabb teknisk utveckling har skapat stora risker för att miljön skall skadas. Samtidigt innebär den tekniska utvecklingen också nya möjligheter. Tabellen nedan illustrerar människans allra mest grundläggande behov och att det finns ett behov av yta för att tillfredsställa dessa behov. människans behov kvantitet kvalitet ytberoende föda 2500 kcal/dygn sammansättning (proteiner, kolhydr., vitaminer, åkermark, jaktmarker, fiskevatten spårämn... vatten <4 l/dygn (250 l/dygn) färskt, "rent" nederbördsområde (Göta älv) luft 25-50 m 3 /dygn "ren" ytor med vegetation, temp c:a 37 C måttliga fluktuationer (CO 2 -upptag) odla fibrer (bomull, får etc.), bygga hus Hur mycket mark finns då tillgänglig för jordens befolkning? Jordens omkrets är 4000 mil, vilket delat med 2π ger radien, 637 mil. Ur detta får vi jordens yta som 4πr 2, vilket är 510*10 6 km 2. Jordens befolkning är 6 miljarder, vilket innebär 0,085 km 2 /person. 70,8% av detta är täckt med av vatten, vilket innebär att landytan är 25 000 m 2 /person, F1.6. Av landytan utgörs emellertid en hel del, c:a 40%, av svåranvänd mark som inlandsis (Antarktis), öknar, höga berg, områden med permafrost o.s.v. Detta ger en yta av c:a 15 000 m 2 /person som kan användas för åker, skogsbruk och betesmark. (Chalmers parkering Gibraltarvallen är c:a 10 000 m 2 som jämförelse.) Vid mitten av detta sekel kommer befolkningsutvecklingen att ha reducerat denna yta till ungefär 10 000 m 2. Denna mark skall inte bara räcka till att producera mat, utan också räcka till bostäder, vägar, industrier, hamnar, soptippar, flygplatser, skolor, sjukhus osv. Om vi skall kunna bevara en biologisk mångfald behövs dessutom orörd natur. m 2 /person m m/person åker 10% 2 500 50 50 betesmark 23% 5 700 75 75 skog 27% 6 700 80 80 SUMMA 60% 15 000 120 120 övrigt 40% När det gäller tillgången på vatten är knappast ytan ett så särskilt intressant mått, men inom parantes kan det nämnas att sötvatten i form av sjöar och floder utgör c:a 2% av ytan vilket motsvarar 450 m 2 /pers eller ungefär 20 m 20 m. 1:2
Hur mycket luft finns det då i atmosfären? Tryck, P, är kraft per area, A, och den kraft som utövas av luften är produkten av luftens massa, m, och tyngdaccelerationen, g. P = m g/a Ur lufttrycket, P = 1,013 bar = 101 300 Pa, kan vi då beräkna massan av den luft som befinner sig rakt ovanför en kvadratmeter mark: m/a = P/g = 101 300/9,81 = 10,3 ton/m 2 Med jordens yta, A = 510 10 6 km 2, kan vi beräkna totala mängden luft till: 5,3 10 18 kg Per människa blir det 8,8 10 8 kg/person. Med hjälp av halten koldioxid, 360 ppm, molvikten för luft, Mluft =29 kg/kmol, och molvikten för kol, MC = 12 kg/kmol, kan vi beräkna mängden kol (C), i form av koldioxid, i atmosfären: Massa kol per person = 8,8 10 8 360 10-6 12/29 = 1,3 10 5 kg (C)/person Ibland räknar man mängden koldioxid i atmosfären som massa kol i stället för massa koldioxid eftersom det är praktiskt när man gör jämförelser med kol som är lagrat i andra former, t.ex. växtbiomassa eller fossila bränslen. Massan räknat som koldioxid är 3,67 gånger större, vilket ges av kvoten mellan molvikterna, MCO2 /M C. Det finns alltså 480 ton CO 2 per person i atmosfären och mängden kol i atmosfären ökar med 2 ton CO 2 /person,år. Utsläppen per person är större, 4 ton CO 2 /person,år i genomsnitt för jorden. Skillnaden beror på att inte all koldioxid som släpps ut i atmosfären stannar kvar. Utsläppet av koldioxid varierar mellan olika länder. Några exempel: USA drygt 20 ton CO 2 /person,år, Japan 9, Västeuropa och Sverige 7, Indien 1, Afrika 0,9 och Etiopen 0,04 ton CO 2 /person,år. En amerikan släpper alltså under några årtionden ut mer CO 2 än vad det finns (per amerikan) i atmosfären. Människan har funnits i någon miljon år, och under större delen av den tiden fanns det c:a en miljon människor. I samband med att människan började med jordbruk för 10.000 år sen började en successiv ökning till 100 miljoner. Sedan industrialismens genombrott har befolkningen ökat i en allt snabbare takt, jtab7.2, och man räknar nu med en befolkning på kanske 10 miljarder inom 50 år. Ett mycket stort problem är också att resurserna är väldigt ojämnt fördelade, F1.9. Figuren nedan visar ett sätt att se på miljön som har anknytning till ovanstående diskussion om tillgång på mark för en stor befolkning, nämligen att se den som en tillgång i form av olika resurser. 1:3
teknosfären produktion användning konsumtion resthantering flödesresurser: sol, vind,vatten fondresurser: ex. skog, fiskbestånd jordbruksmark, "kapital" lagerresurser ex. järnmalm fossila bränslen restprodukter Lagerresurser är sådana resurser som förekommer som lager. Ett utnyttjande av sådana resurser innebär att man minskar på lagret. Flödesresurserna är fritt tillgängliga och kan inte förbrukas. Fondresurser har en mellanställning och kan ses som ett kapital som ger en viss avkastning. Vid överutnyttjande kan avkastningen gå förlorad. Det finns många exempel på fondresurser som förstörts av överuttag, t.ex. utfiskning och markförstöring genom skogsavverkning, överbetning eller saltanrikning (p.g.a. bevattning). I figuren ovan visas hur olika resurser används av samhället. Men samhället producerar också restprodukter. Dessa kan i viss omfattning tas om hand av naturen, men om naturen belastas för hårt uppstår problem. Man kan därför se naturens förmåga att ta hand om restprodukter från samhället som en resurs. Därför kan man ofta se miljöproblem som ett överutnyttjande av "resurs", det vill säga att den yttre miljön belastas för hårt av en restprodukt. Detta sätt att se miljöproblem har också en koppling till den inledande diskussionen om tillgång till yta, då det i många fall är bristen på yta som begränsar resurser. Den yttre miljön, i form av mark, sjöar, atmosfär och biosfär, utgör ofta mycket komplicerade system. Det kan vara svårt att veta hur mycket denna miljö tål. Många tidigare misstag har gjort att man insett att man måste ha goda marginaler så att man inte tar några risker, vilket lett fram till den s. k. försiktighetsprincipen. Denna innebär att avsaknad av vetenskapligt säkra bevis för att något är farligt inte räcker för att något skall anses ofarligt och att man inte behöver göra något åt det (om det är möjligt). Försiktighetsprincipen ingår numera också i svensk lagstiftning och innebär att den som vill släppa ut ett ämne vars verkningar inte är fullständigt kända måste kunna visa att utsläppen inte vållar några olägenheter. 1:4
Naturvårdsverket har definierat 13 miljöhot som varit utgångspunkt för deras arbete, se kompendiets appendix. Ett annat sätt att se på miljöskyddsarbetet är att utgå från miljön och ställa upp miljökvalitetsmål. Våren 1999 antog riksdagen 15 nationella miljökvalitetsmål som beskriver de egenskaper som vår natur- och kulturmiljö måste ha för att samhällsutvecklingen skall vara ekologiskt hållbar, se kompendiet. En verksamhet kan ge effekter i miljön dels genom de aktiviteter som verksamheten medför, dels genom att ge upphov till agens. Med agens menas något som påverkar, exempelvis giftiga ämnen, buller, värme, bakterier. Se vidare i kompendiet. Aktiviteter / agens kan skapa stress av organismer. Här har ordet stress betydelsen förändring som påverkar en organism. En sådan förändring behöver inte vara direkt skadlig för organismen, men kan vara det indirekt genom att ge upphov till en annan artsammansättning och funktion i ekosystemet. Det finns olika sätt att se miljöproblem. Tre exempel på möjliga perspektiv är i) det teknikorienterade, KMA1.3, ii) det naturorienterade KMA1.4 och iii) det åtgärdsorienterade KMA1.6. Med det teknikorienterade synsättet kanske vi frågar oss hur mycket svaveldioxid och kväveoxid etc. som kan vi släppa ut utan att skogen dör och får svaret: betydligt mer. På 80-talet visade det sig att skogen uppvisade skador, trots att den inte borde göra det. När man i stället ställde frågan varför skogen skadades, lär det så småningom ha kommit fram 167 förklaringar. Ännu är man väl inte helt klar över orsakerna, men tror att det är en kombination av mänsklig påverkan och andra orsaker. Exemplet visar återigen att de system vi påverkar är så komplicerade att det behövs marginaler. I takt med att vi successivt avhjälpt många av de mest påtagliga och direkta miljöproblemen, har vi fått en förskjutning mot mera komplexa miljöproblem, F1.10. För några årtionden sedan kunde det handla om nedskräpning och miljögifter, idag kan det handla om t.ex. klimateffekter, minskade avfallsmängder och om att skogsmarken inte skall påverkas långsiktigt. Vi kan med en grov generalisering tala om en utveckling från lokala till globala, från distinkta till diffusa och från enkla till komplexa problem. När det gäller hur snabbt åtgärder får effekt kan man också tala om en utveckling från omedelbar till fördröjd effekt. Miljöpåverkan och välfärd F1.11 visar olika miljöindikatorer som funktion av inkomst per capita. Den visar att vissa miljöproblem kan vara mycket stora i de fattigaste delarna av världen, andra åter kan vara typiska för de allra rikaste länderna, liksom det finns miljöproblem som snarast hör hemma på en mellannivå. 1:5
Tabellen nedan visar några exempel på hur miljösituationen har förändrats i Sverige. Som framgår av tabellen så har utsläppen av exempelvis tungmetaller och försurande svaveldioxid minskat kraftigt, medan andra emissioner som exempelvis kväveoxider minskat ganska långsamt. Utsläppen av växthusgasen CO2 har under samma period ökat kraftigt i världen. Här skulle drabbas av klimatförändringar även om vi själva minskade våra utsläpp, så länge andra länder släpper ut stora mängder.! " # $ % & # ' $ ()*+, " % -,. ' ''/0 1) 2& 3 " Omfattningen av olika sorters miljöpåverkan hänger således samman med den ekonomiska utvecklingen, liksom befolkningsutvecklingen, och kan sammanfattas i följande enkla formel: E = n V P SE E emission, (effekt) t.ex. CO 2 (koldioxid), Cd (tungmetallen kadmium), NO x (kväveoxider), cancerogena ämnen n befolkning [n = antal personer] V välfärd, BNP/n [$/n] P specifik "användning"-produktion-omsättning, t.ex. energianvändning, stålproduktion, transportarbete [ex. kwh/$, ton stål/$, km/$, osv.] SE specifik emission (effekt) [ex. kg CO 2 /kwh, kg Cd/ton stål, kg NO x /km] Vad som händer när välfärden, mätt i BNP, ökar är alltså mycket starkt beroende av de två sista termerna. Termen P är i många fall, men inte alltid, ganska konstant och avspeglar att när ett land blir rikare ökar produktionen av varor, transporter, energianvändning osv. Den specifika emissionen däremot är väldigt starkt beroende av vilken teknik som används. Man kan man ofta minska den specifika emissionen mycket kraftigt, vilket förklarar att en del av de miljöproblem som visas i F1.11 är mindre i de rika länderna. F1.11 visade också två exempel där man ännu inte lyckats med detta i de rika länderna, mängden avfall och koldioxidutsläpp. 1:6
Ett exempel på sambandet mellan välfärd och ökade emissioner är bränsleförbrukningen i trafiken. Forskningsresultat (från nationalekonomi i Göteborg) visar på följande samband mellan bränsleförbrukning (B), inkomst (I) och pris (P): B = konstant I P -0.8 Om priset är konstant kommer bränsleförbrukningen, och därmed koldioxidutsläppen, att stiga med ökad inkomst. Om t.ex. I ökar med 20% och man anser det nödvändigt att halvera B måste priset tredubblas. Sammanfattning: Ökad befolkning och ökat välstånd ger ökat tryck på begränsade resurser (men ökat välstånd och teknisk utveckling kan också ge nya möjligheter att minska belastningen). Antalet oförutsedda händelser har ökat mycket snabbt på grund av den höga hastigheten i utvecklingen, t.ex. introduktion av nya kemiska ämnen eller nya organismer vars effekter på miljön är mer eller mindre oprövade ("miljöproblem" är ofta oförutsedda händelser). Vad kan förväntas i framtiden: Snabbt ökande miljökrav på produkter och produktionsprocesser, samt på minskad resursanvändning, och minskade avfallsmängder. 1:7