Pogodynka

Efekt cieplarniany

Każdy z nas lubi ciepło. W ostatnich latach wielu Polaków wybierało się do ciepłych krajów na wakacje. I nie ma w tym nic złego. Gorzej będzie jeśli takie temperatury, jak w Turcji czy Egipcie, pojawią się również w naszym kraju. Może się tak zdarzyć za sprawą efektu cieplarnianego. Jest to zjawisko podwyższenia temperatury planety w wyniku obecności gazów cieplarnianych w atmosferze, które pochłaniają energię w postaci fal elektromagnetycznych. Zaś ilość energii, która jest wypromieniowana z Ziemi w przestrzeń kosmiczna jest mniejsza od tej, która została dostarczona na powierzchnię Ziemi. Następnie gazy cieplarniane są w stanie tą energię którą pochłonęły z powrotem wypromieniować w kierunku danej planety.

Zmiany powodujące wzrost roli efektu cieplarnianego mogą być jedną z przyczyn globalnego ocieplenia. Ciało niebieskie pozbawione atmosfery pochłania i emituje promieniowanie bezpośrednio ze swojej powierzchni. Atmosfera zaburza ten proces wymiany ciepła, głównie poprzez ograniczenie ilości energii cieplnej wypromieniowywanej z powierzchni planety i dolnych warstw jej atmosfery bezpośrednio w przestrzeń kosmiczną. Proces ten jest wywołany głównie przez gazy cieplarniane, pyły i aerozole zawieszone w atmosferze. Ciekawostką jest to, że w Układzie Słonecznym występowanie efektu cieplarnianego stwierdzono również na Marsie, Wenus oraz na księżycu Saturna – Tytanie.

Możliwość kumulacji ciepła pochodzącego z promieniowania słonecznego na Ziemi jako pierwszy rozpatrywał w 1824 Jean Baptiste Joseph Fourier. W późniejszych latach zjawisko to było badane również przez Svante Arrheniusa. Sam termin "efekt cieplarniany" wywodzi się z podobieństwa do przemian cieplnych zachodzących w szklarni, dlatego też niekiedy używa się określenia – "efekt szklarniowy”. Mimo że w obu przypadkach następuje wzrost temperatury, przyczyny podwyższania się temperatury w szklarni bardzo różnią się od czynników wywołujących efekt cieplarniany w atmosferze

Na Ziemi pojęcie "efekt cieplarniany" odnosi się zarówno do podwyższenia temperatury, które jest związane z czynnikami naturalnymi, jak i do zmiany tego efektu, wywołanego emisją gazów cieplarnianych wskutek działalności człowieka. W potocznym rozumieniu efekt naturalny jest często pomijany, zwracana jest natomiast uwaga na szkodliwy wzrost temperatury Ziemi w ciągu ostatniego stulecia, zwany globalnym ociepleniem. Naturalny efekt cieplarniany, jest zjawiskiem korzystnym dla kształtowania warunków życia na Ziemi. Gdyby efekt cieplarniany nie występował, przeciętna temperatura Ziemi wynosiłaby ok. –19°C.

Bezchmurna atmosfera ziemska silnie pochłania promieniowanie podczerwone emitowane przez powierzchnię Ziemi, którego maksimum przypada około 10 μm, z wyjątkiem wąskiego zakresu fal o długości pomiędzy 8-14 µm, które dobrze przechodzą przez atmosferę. Zakres ten, dla którego atmosfera jest prawie całkowicie przezroczysta, został nazwany mianem "okna atmosferycznego". Chmury, pyły oraz gazy cieplarniane, pochłaniając promieniowanie z tego zakresu "przymykają" podczerwone okno atmosferyczne, a przez to zwiększają efekt cieplarniany. Dla czystej atmosfery znaczna część promieniowania ziemskiego ucieka bezpośrednio do przestrzeni kosmicznej. Para wodna w atmosferze pochłania większość promieniowania podczerwonego i emituje je częściowo z powrotem ku powierzchni Ziemi, w wyniku czego średnia ilość energii odchodzącej do przestrzeni kosmicznej bezpośrednio z Ziemi zmniejsza się do 40 W/m².

Każdy gaz pochłania i emituje promieniowanie elektromagnetyczne tylko w określonych dla danej substancji przedziałach częstotliwości .Efekt cieplarniany wywołują tylko te gazy, które pochłaniają promieniowanie w zakresie emitowanym przez powierzchnię planety.

Znając charakterystykę pochłaniania promieniowania przez daną substancję oraz rozkład jej stężenia w atmosferze można określić pochłanianie promieniowania oraz wpływ na efekt cieplarniany. Najważniejszymi gazami cieplarnianymi w atmosferze Ziemi są – para wodna oraz dwutlenek węgla. Woda w stanie ciekłym i stałym, choć nie jest gazem, ma także duży wpływ na zjawiska cieplne zachodzące w atmosferze i na powierzchni Ziemi i dlatego jest omawiana jako czynnik efektu cieplarnianego.

Woda wpływa głównie stabilizująco na temperaturę Ziemi. Dzieje się tak dzięki jej specyficznym właściwościom fizycznym. Zjawiska te odgrywają istotną rolę w transporcie energii cieplnej w górę atmosfery. Woda paruje na powierzchni Ziemi i kondensuje w górnych warstwach atmosfery. Dzięki temu do górnych warstw atmosfery dostarczane jest więcej ciepła, niż gdyby zachodził jedynie proces wypromieniowywania energii cieplnej.

Wpływ chmur na transport energii w atmosferze jest różnorodny. W zakresie promieniowania słonecznego chmury, poprzez odbicie promieniowania, ograniczają dopływ energii słonecznej do Ziemi, z drugiej strony tak samo odbijają promieniowanie mikrofalowe emitowane przez Ziemię, ograniczając wypromieniowywanie energii przez Ziemię.

Para wodna jest głównym gazem cieplarnianym w atmosferze ziemskiej. Efekt cieplarniany wywołany przez parę wodną zawiera się pomiędzy 36% – 60%, a wzrost stężenia pary wodnej w atmosferze zwiększa efekt cieplarniany. Dodatkowo para wodna jest gazem, którego stężenie w powietrzu silnie zależy od warunków lokalnych i pogodowych. Widmo absorpcyjne pary wodnej pokrywa się też z widmami absorpcyjnymi innych gazów, dlatego para wodna oprócz bezpośredniego, ma też pośredni wpływ na efekt cieplarniany. Efekty pary wodnej zależą od tego czy jest ona skoncentrowana wysoko czy nisko w atmosferze.

Dwutlenek węgla bierze udział w licznych procesach przyrodniczych na Ziemi, które wpływają na jego stężenie w atmosferze, a przez to i na efekt cieplarniany.

Głównymi naturalnymi źródłami dwutlenku węgla są emisje związane z wybuchami wulkanów, procesy życiowe organizmów i rozkładu substancji organicznych, w tym także w bagnach i torfowiskach, oraz oddawanie CO₂ wcześniej zaabsorbowanego przez zbiorniki wodne. Człowiek również wytwarza dwutlenek węgla głównie w wyniku spalania paliw kopalnych, zawierających węgiel. Ważnym procesem w bilansie atmosferycznego dwutlenku węgla jest rozpuszczanie się CO₂ w oceanach, gdzie jest on częściowo pochłaniany przez organizmy żywe oraz wchodzi w reakcje chemiczne, a częściowo pozostaje w wodzie oceanicznej. Powoduje to zwiększenie stężenia dwutlenku węgla w warstwach powierzchniowych wody, a następnie, w wyniku powolnego mieszania się wód oceanicznych, także w głębszych jej warstwach. Konsekwencją pochłaniania CO₂ w oceanach jest znacznie mniejszy wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze niż wynikałoby to z ilości spalonych paliw kopalnych. Z kolei oddawanie CO₂ zaabsorbowanego przez oceany powoduje wzrost jego stężenia w atmosferze wraz ze wzrostem temperatury wody w związku ze zmniejszeniem rozpuszczalności.

Trwają dyskusje związane ze źródłami i efektywnością pochłaniania dwutlenku węgla oraz prognozy zmiany jego zawartości w atmosferze w przyszłości. Obliczenia za pomocą globalnych modeli klimatu wskazują, że zwiększenie stężenia CO₂ mogły z dużym prawdopodobieństwem spowodować globalne ocieplenie, dlatego za obserwowany od początku XX wieku wzrost temperatury Ziemi obarcza się głównie wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze.

W 1973, Carl Sagan zasugerował, że dwutlenek węgla zawarty w atmosferze i efekt cieplarniany objęte są dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Wzrost dwutlenku węgla wywołać może wzrost temperatury powierzchni Ziemi, w tym i temperatury obecnie zamrożonych bagien, co spowoduje szybsze utlenianie zawartych w nich substancji organicznych, w konsekwencji zwiększając zawartość CO₂ w atmosferze. Dodatkowo wzrost temperatury wywoła także wzrost zawartości pary wodnej w atmosferze, ograniczając wypromieniowywanie ciepła z Ziemi.

W środowisku naukowym przeważa pogląd, że zmiany w efekcie cieplarnianym wywołane działalnością człowieka są głównym czynnikiem wpływającym na podnoszenie się temperatury na Ziemi. Według IV Raportu IPCC, ocieplenie z ponad 90% prawdopodobieństwem spowodowane jest działalnością człowieka, a wpływ czynników naturalnych oszacowano na 5%. Podstawowe wnioski IPCC poparło co najmniej trzydzieści stowarzyszeń i akademii naukowych, w tym wszystkie narodowe akademie nauk krajów G8.

Niektórzy naukowcy kwestionują wpływ człowieka na zmiany klimatyczne. Sugerowane jest alternatywne wyjaśnienie globalnego wzrostu temperatury od czasów rewolucji przemysłowej. Ponadto indywidualni sceptycy przywołują historyczne cieplejsze i zimniejsze okresy w erze przed przemysłowej. Wnioski te zostały zakwestionowane przez innych naukowców.

Trwa polityczno-publiczna światowa debata na temat ocieplenia. Oficjalnie za zmiany klimatyczne odpowiedzialnością obarcza się działalność człowieka. Jednak wielu naukowców twierdzi, iż nie istnieją przekonujące naukowe dowody, iż produkcja dwutlenku węgla, metanu lub innych gazów cieplarnianych przez człowieka powoduje lub będzie powodować w przewidywalnej przyszłości katastrofalne ocieplenie ziemskiej atmosfery oraz zaburzenia ziemskiego klimatu. Ponadto, jak twierdzą, istnieją poważne naukowe dowody, iż zwiększona zawartość dwutlenku węgla w atmosferze wywołuje wiele efektów pożytecznych dla naturalnej roślinności oraz środowisk zwierzęcych na Ziemi.

Dwóch znanych klimatologów, holenderski laureat Nagrody Nobla Paul J. Crutzen oraz ekspert rządu USA Tom Wigley, zaproponowali niezwykłą metodę ochrony Ziemi przed efektem cieplarnianym. Gdyby klimat naszej planety stał się zbyt gorący należy, ich zdaniem, wypuścić do atmosfery olbrzymią chmurę... siarki. Crutzen, jako główny autor pomysłu, który w 1995 roku został nagrodzony przez Komitet Noblowski za pracę nad tworzeniem się ozonu w atmosferze, uważa, że metodę tą być może będzie trzeba zastosować już około roku 2025.

Warstwa siarki odbijałaby promienie słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Odpowiedzialny za efekt cieplarniany dwutlenek węgla przepuszczałby je w kierunku Ziemi, a nie pozwalałby wypromieniowywać w kosmos ciepłu, odbijanemu przez jej powierzchnię. Tom Wigley przeprowadził odpowiednie symulacje komputerowe, z których wynika, że wypuszczenie do atmosfery pięciu milionów ton siarki pozwoliłoby na obniżenie temperatury na Ziemi o 0,9 stopnia rocznie. Jego zdaniem taka metoda mogłaby być stosowana, dopóki ludzkości nie zmniejszyłaby emisji dwutlenku węgla.

Metoda ta ma jednak pewne wady Siarka może powodować poważne problemy zdrowotne u wielu osób. Światowa Organizacja Zdrowia ocenia, że zanieczyszczenie powietrza, między innymi właśnie siarką, zabija rocznie około 2 milionów osób na Ziemi. Ponadto niektórzy ludzie reagują ciężkimi alergiami na związki siarki.

W trakcie ostatnich 30 lat pokrywa lodowa na Grenlandii skurczyła się o 30 %. Rocznie znika w wodach oceanu 150 kilometrów kwadratowych lodu. To więcej niż lód pokrywający całe Alpy.
Grenlandia kurczy się w ostatnim czasie szybciej niż wszelkie modele naukowe tworzone przez badaczy. Jeśli to zabójcze tempo nie zostanie powstrzymane, to dzięki roztopionemu lodowcowi grenlandzkiemu poziom wód może podnieść się aż o 7 metrów. Oznaczałoby to trudną do przewidzenia katastrofę. Pod wodą znalazłby się Nowy Jork, Londyn, a o takich wyspach jak Malediwy będzie można poczytać tylko w książkach.

Cieplejsza aura w ostatnich latach ma tylko ten jeden plus, że społeczność tej największej wyspy świata zaczyna zarabiać więcej na turystach, którzy przestali bać się panujących tam niskich temperatur.

Efekt cieplarniany okazuje się również korzystny dla winiarzy. Do takiego wniosku doszli naukowcy Instytutu Rolnictwa Uniwersytetu Florencji. Ich badania wykazały, że za sprawą postępującego globalnego ocieplenia słynne włoskie wina jakimi są m.in. brunello, chianti i montepulciano miały w minionej dekadzie wyjątkowo dobre roczniki. Zwłaszcza ekskluzywne Brunello di Montalcino skorzystało w ostatnich latach na efekcie cieplarnianym. Na dłuższą metę ocieplenie w połączeniu z malejącymi opadami deszczu grozi niestety spustoszeniem słynnych włoskich winnic.

Aktualności