Efekt cieplarniany

Energia ze Słońca, która dociera do Ziemi może mieć problemy z odnalezieniem drogi powrotnej w kosmos. Efekt cieplarniany powoduje, że część tej energii jest zatrzymywana w atmosferze, pochłaniana i uwalniana przez gazy cieplarniane.

Bez efektu cieplarnianego temperatura na Ziemi spadłaby poniżej zera. Jest to, po części, naturalny proces. Jednak efekt cieplarniany na Ziemi staje się coraz silniejszy, ponieważ dodajemy gazy cieplarniane do atmosfery. To powoduje ocieplenie klimatu naszej planety.

Jak działa efekt cieplarniany?

Energia słoneczna pochłonięta na powierzchni Ziemi jest wypromieniowywana z powrotem do atmosfery jako ciepło. Gdy ciepło pokonuje drogę przez atmosferę i wraca w przestrzeń kosmiczną, gazy cieplarniane pochłaniają jego znaczną część. Dlaczego gazy cieplarniane pochłaniają ciepło? Gazy cieplarniane są bardziej złożone niż inne cząsteczki gazów w atmosferze i mają strukturę, która może pochłaniać ciepło. Wypromieniowują to ciepło z powrotem na powierzchnię Ziemi, do innej cząsteczki gazu cieplarnianego lub w przestrzeń kosmiczną.

Istnieje kilka różnych rodzajów gazów cieplarnianych. Główne z nich to dwutlenek węgla, para wodna, metan i podtlenek azotu. Te cząsteczki gazu wszystkie są wykonane z trzech lub więcej atomów. Atomy są trzymane razem na tyle luźno, że wibrują, gdy absorbują ciepło. W końcu wibrujące cząsteczki uwalniają promieniowanie, które prawdopodobnie zostanie pochłonięte przez inną cząsteczkę gazu cieplarnianego. Proces ten utrzymuje ciepło w pobliżu powierzchni Ziemi. Większość gazów w atmosferze to azot i tlen, które nie mogą pochłaniać ciepła i przyczyniać się do efektu cieplarnianego.

Kilka powszechnych gazów cieplarnianych

• Dwutlenek węgla: Zbudowany z jednego atomu węgla i dwóch atomów tlenu, cząsteczki dwutlenku węgla stanowią niewielki ułamek atmosfery, ale mają duży wpływ na klimat. W połowie XIX w., na początku rewolucji przemysłowej, w atmosferze było około 270 części na milion objętości (ppmv) dwutlenku węgla. Ilość ta rośnie, ponieważ spalanie paliw kopalnych uwalnia dwutlenek węgla do atmosfery. Obecnie jest około 400 części na milion objętości (ppmv).

• Metan: Silny gaz cieplarniany, zdolny do pochłaniania znacznie większej ilości ciepła niż dwutlenek węgla, metan składa się z jednego atomu węgla i czterech atomów wodoru. Występuje w bardzo małych ilościach w atmosferze, ale jest w stanie wywrzeć duży wpływ na ocieplenie. Gaz metanowy jest również wykorzystywany jako paliwo. Podczas spalania uwalnia on do atmosfery gaz cieplarniany dwutlenek węgla.

Powyżej: (Po lewej) Powierzchnia Ziemi, ogrzewana przez Słońce, wypromieniowuje ciepło do atmosfery. Część ciepła jest pochłaniana przez gazy cieplarniane, takie jak dwutlenek węgla, a następnie wypromieniowywana w przestrzeń kosmiczną (A). Część ciepła trafia bezpośrednio w przestrzeń kosmiczną (B). Część ciepła jest pochłaniana przez gazy cieplarniane, a następnie wypromieniowywana z powrotem w kierunku powierzchni Ziemi (C). (Po prawej) Przy większej ilości dwutlenku węgla w atmosferze pod koniec tego stulecia, więcej ciepła zostanie zatrzymane przez gazy cieplarniane, co spowoduje ocieplenie planety. (Obraz: Lisa Gardiner/UCAR)

Więcej gazów cieplarnianych = cieplejsza Ziemia

Mimo że tylko niewielka ilość gazów w ziemskiej atmosferze to gazy cieplarniane, mają one ogromny wpływ na klimat. Oczekuje się, że w tym stuleciu ilość gazu cieplarnianego – dwutlenku węgla w atmosferze podwoi się. Wzrasta również ilość innych gazów cieplarnianych, takich jak metan i podtlenek azotu. Ilość gazów cieplarnianych wzrasta w miarę spalania paliw kopalnych, które uwalnia te gazy i inne zanieczyszczenia powietrza do atmosfery. Gazy cieplarniane przedostają się do atmosfery również z innych źródeł. Na przykład zwierzęta hodowlane uwalniają metan podczas trawienia pokarmu. Ponieważ cement jest wytwarzany z wapienia, uwalnia dwutlenek węgla.

Z większą ilością gazów cieplarnianych w powietrzu, ciepło przechodzące przez nie w drodze z atmosfery jest bardziej prawdopodobne, aby zostać zatrzymane. Dodane gazy cieplarniane pochłaniają ciepło. Następnie wypromieniowują to ciepło. Część tego ciepła oddala się od Ziemi, część zostaje pochłonięta przez inną cząsteczkę gazu cieplarnianego, a część wraca z powrotem na powierzchnię planety. Przy większej ilości gazów cieplarnianych, ciepło będzie się utrzymywać, ogrzewając planetę.