Efekt cieplarniany: co nas grzeje i dlaczego (ostatnio) tak mocno
Efekt cieplarniany: co nas grzeje i dlaczego (ostatnio) tak mocno
Antoni Kurek
Nie byłoby problemu z globalnym ociepleniem i dyskusji o stopniu jego antropogeniczności, gdyby nie dwa czynniki: nasze Słońce i atmosfera. Bez nich nie byłoby jednak życia na Ziemi.
Szczególnie teraz, zimą, doceniamy wielką kulę gazową, która stanowi 99,9% masy Układu Słonecznego. Słońce wytwarza ogrom energii, która po około 8 minutach dociera na naszą planetę i ogrzewa ją. System ten działa od prawie 5 miliardów lat. Dlaczego więc dopiero w ostatnich dwustu coraz częściej mówi się o problemie globalnego ocieplenia spowodowanego efektem cieplarnianym?
Wizyta w ogrodzie
Efekt cieplarniany łatwo poczuć wchodząc do szklarni. Dlaczego jest tam zdecydowanie cieplej? Nie da się tego zrozumieć bez powiedzenia paru słów o falowej naturze promieniowania i wynikających stąd zaskakujących wniosków. Zacznijmy po kolei.
w podczerwieni. Wiemy, że to zakres długości fal, których nasze oko nie dostrzega, chyba że użyjemy specjalnej kamery termowizyjnej. Na uzyskanym w ten sposób obrazie możemy rozróżnić obszary cieplejsze od zimniejszych. Przykładowo, na zdjęciu obok widać kubek z gorącym napojem.
Niektóre przedmioty mogą być tak gorące, że nie będziemy potrzebowali żadnego sprzętu, by to dostrzec. Dzieje się tak na przykład w kuźniach, gdy rozgrzewa się metal „do czerwoności”. Wbrew znanemu porzekadłu, „czerwoność”, to dopiero pierwszy stopień rozgrzewania. Jeżeli będziemy podnosili temperaturę, nasz przedmiot może zacząć świecić na biało. Na podstawie koloru z jakim coś świeci, możemy więc określić temperaturę, jaką posiada. A kolor jest bezpośrednio związany z długością fali z jaką ten obiekt promieniuje.
Przykładowo, graniczne widoczne kolory: czerwony i fioletowy, mają długość światła odpowiednio 768,1 nm i 427,5 nm1. Fale podczerwone (IR) są dłuższe od czerwonych, a tak zwany ultrafiolet (UV) ma jeszcze krótsze od fioletu. Krótsze fale są bardziej energetyczne (UV), dłuższe mniej (IR).
Ogrzewanie Ziemi
Słońce jest bardzo gorące, jego powierzchnia ma około 5500 oC2. To oznacza, że jego promieniowanie ma niewielką długość fali. To promieniowanie dociera do Ziemi, której średnia temperatura wynosi 15 oC. Ziemia emituje promieniowanie o większej długości fali.
Dlaczego jest to istotne? Tutaj ujawnia się moc drugiego czynnika: atmosfery. Atmosfera z łatwością przepuszcza promieniowanie o krótkich długościach fal, ale zatrzymuje to o dłuższych. To dłuższe – podczerwień – zostaje na Ziemi i to dzięki niemu nasza planeta nie jest lodową kulą, tylko jedynym znanym nam miejscem w Kosmosie, na którym powstało i rozwinęło się życie.
Kluczowy staje się skład atmosfery. Otóż okazuje się, że pewne substancje wzmacniają ten efekt. Należą do nich przede wszystkim para wodna, dwutlenek węgla, w mniejszym stopniu tlen i ozon, metan. Niewielka nadwyżka wymienionych gazów prowadzi do wzmocnienia efektu cieplarnianego. Rysunek poniżej3 wskazuje zarówno jakie promieniowanie przechodzi przez atmosferę oraz jakie substancje mają na to dodatkowy wpływ.
Dowody
Debata publiczna toczy się, jak w
żadnej innej dziedzinie!, o udowodnienie stawianej przez naukowców
tezy na to, że globalne ocieplenie jest faktem, że odpowiada za nie
efekt cieplarniany i że jest on wzmacniany przez działalność
człowieka. Pojawiło się do tej pory na tyle dużo mitów na ten
temat, że nawet w Polsce powstała inicjatywa „Nauka o klimacie”,
która zbiera grupę naukowców na bieżąco się z nimi
rozprawiających. Zacytujmy ich obszernie w kwestii dowodów.
„Liczne badania empiryczne
dowodzą, że za globalne ocieplenie odpowiada wzrost stężenia
gazów cieplarnianych.
-
Satelity pokazują, że w kosmos ucieka coraz mniej energii niesionej przez fale o długościach absorbowanych przez gazy cieplarniane.
-
Pomiary meteorologiczne wskazują, że rośnie ilość energii powracającej z atmosfery do powierzchni planety, co potrafimy powiązać ze wzrostem stężenia gazów cieplarnianych. Dzięki analizie widmowej tego promieniowania wiemy, w jakim stopniu konkretne gazy przyczyniają się do ocieplenia.
-
Wskutek wzrostu stężenia CO2 w powietrzu powinna ocieplać się niższa warstwa atmosfery (troposfera), ale ochładzać wyższa (stratosfera). I to właśnie obserwują satelity i balony meteorologiczne.
-
Trend ocieplenia wyraźniejszy jest nocą, co wskazuje, że za wzrost temperatur odpowiadają gazy cieplarniane (działające 24 godziny na dobę), a nie Słońce (aktywne w dzień).
Da się też udowodnić
doświadczalnie, że to człowiek powoduje wzrost stężenia CO2
w atmosferze.
-
Koncentracja CO2 rośnie wraz z akumulacją
antropogenicznych emisji tego gazu
-
System klimatyczny
potrafi „odróżnić” węgiel ze źródeł naturalnych od węgla
z paliw kopalnych – i reaguje we właściwy sobie sposób. Po
pierwsze, rośnie kwasowość oceanów pochłaniających nadmiarowy
dwutlenek węgla. Gdyby źródłem emisji były same oceany, to
zjawisko nie miałoby miejsca.
Po drugie, spada atmosferyczna koncentracja tlenu. Tlen łączy się z węglem w procesie spalania paliw kopalnych. Gdyby źródłem emisji były oceany, tlenu nie powinno ubywać.
Po trzecie w atmosferze rośnie zawartość izotopu węgla 12C (co przekłada się na spadek względnej zawartości izotopu węgla 13C). Wskazuje to, że źródłem dodatkowego CO2 są paliwa kopalne, zawierające proporcjonalnie więcej izotopu węgla 12C względem 13C niż materia nieożywiona.”4
1Wartości
wyznaczone przez autora podczas zajęć na pracowni fizycznej;
wyznaczanie zakresu widzialnego światła z wykorzystaniem siatki
dyfrakcyjnej
Komentarze
Prześlij komentarz