Czym jest efekt cieplarniany?

Efekt cieplarniany to proces, w którym promieniowaniepromieniowaniepromieniowanie z atmosfery planety ogrzewa powierzchnię ciała niebieskiego do temperatury powyżej poziomu, jaki osiągany byłyby bez tej atmosfery. Gazy cieplarniane w atmosferze planety emitują energię we wszystkich kierunkach. Część tego promieniowania jest kierowana na powierzchnię, ogrzewając ją. Intensywność promieniowania skierowanego w dół - to znaczy siła efektu cieplarnianego - będzie zależeć od temperatury atmosfery i ilości gazów cieplarnianych, które zawiera atmosfera. Naturalny efekt cieplarniany Ziemi ma zasadnicze znaczenie dla podtrzymywania życia. Jednak działalność człowieka, głównie spalanie paliw kopalnych i wycinanie lasów, przyspieszyło efekt cieplarniany i spowodowało globalne ocieplenie.

Skrócona teoria

Ziemia otrzymuje energię ze Słońca w postaci promieniowania ultrafioletowego, widzialnego i bliskiej podczerwieni. Około 26% napływającej energii słonecznej jest odbijanych przez atmosferę i chmury w przestrzeń kosmiczną, natomiast 19% jest przez nie pochłanianych. Większość pozostałej energii jest absorbowana na powierzchni planety. Większość promieniowania cieplnego z Ziemi jest absorbowana przez atmosferę i ogrzewa ją. Atmosfera promieniuje energią zarówno w górę, jak i w dół. Część promieniowania emitowanego w dół jest pochłaniana przez powierzchnię Ziemi. Prowadzi to do uzyskiwania wyższej temperatury, niż gdyby atmosfera nie promieniowała. Ciało idealnie czarne otrzymujące ciepło w tej samej odległości od Słońca co Ziemia miałoby temperaturę około 5°C. Ponieważ Ziemia odbija prawie 30% nadchodzącego światła słonecznego, efektywna temperatura wyidealizowanej planety (ciała czarnego, które emitowałoby taką samą ilość promieniowania) wynosiłaby około -18°C. Temperatura powierzchni tej hipotetycznej planety wynosiłaby 33°C poniżej rzeczywistej temperatury powierzchni Ziemi sięgającej 14°C. Efekt cieplarniany to udział gazów cieplarnianych w tej różnicy.

Gazy cieplarniane

Gaz cieplarniany to gaz, który pochłania promieniowanie i emituje energię w termicznym zakresie podczerwieni. Gazy cieplarniane powodują efekt cieplarniany. Zaliczamy do nich: parę wodną, dwutlenek węgla, metan, tlenek diazotu i CFC (freony).

Para wodna – najpowszechniejszy gaz cieplarniany zwiększający swoją objętość wraz z ocieplaniem atmosfery. Powoduje on tym samym wzrost obecności pokrywy chmur oraz opadów atmosferycznych. Para wodna jest najsilniejszym gazem cieplarnianym dzięki obecności wiązania hydroksylowego, które silnie absorbuje promieniowanie w obszarze dalekiej podczerwieni (ale nie w bliskiej podczerwieni).

Dwutlenek węgla (ditlenek węgla) – rzadszy ale bardzo ważny składnik atmosfery. Jest uwalniany w drodze naturalnych procesów – takich jak oddychanie czy erupcje wulkanów – oraz w wyniku działalności człowieka (wylesianie, zmiany użytkowania gruntów i spalanie paliw kopalnych). Od czasu rewolucji przemysłowej ludzie zwiększyli stężenie COIndeks dolny 2₂ w atmosferze o ponad jedną trzecią.

Metan – węglowodór pochodzący zarówno ze źródeł naturalnych, jak i działalności człowieka, w tym z rozkładu odpadów na składowiskach, rolnictwa (zwłaszcza uprawa ryżu), a także z procesów trawienia przeżuwaczy i przetwarzania obornika związanego z hodowlą zwierząt domowych. W porównaniu aktywności cząsteczkowej metan jest znacznie bardziej aktywnym gazem cieplarnianym niż dwutlenek węgla, ale także znacznie mniej częstym w atmosferze.

Tlenek diazotu - znaczący gaz cieplarniany wytwarzany przez uprawę gleby, zwłaszcza wykorzystanie nawozów mineralnych i organicznych, spalanie paliw kopalnych, produkcję kwasu azotowego oraz spalanie biomasy.

CFC – chloro- i fluoropochodne węglowodorów alifatycznych. To związki całkowicie syntetyczne używane w przemyśle, stosowane jako chłodziwo oraz składnik pianek polimerowych. Obecnie w znacznym stopniu regulowane w produkcji i uwalnianiu do atmosfery na mocy Konwencji wiedeńskiej i Protokołu montrealskiego w związku z ich szczególną właściwością objawiającą się niszczeniem warstwy ozonowej. Są niebezpiecznymi gazami cieplarnianymi, gdyż silnie absorbują ciepło w oknach atmosferycznych. Przykładem jest freon.

Efekt cieplarniany w minionych epokach geologicznych

Rekonstrukcje efektu cieplarnianego opierane są głównie na poziomach dwutlenku węgla w atmosferze zapisanych w rdzeniach lodowych, składzie izotopowym skał węglanowych i nacieków jaskiniowych.

PETM – paleoceńsko‑eoceńskie maksimum termiczne – było okresem, w którym globalna średnia temperatura wzrosła o 5–8°C. Zdarzenie klimatyczne rozpoczęło się na granicy paleogenu, między paleocenem i eocenem, jednak dokładny wiek i czas trwania jest niepewny, szacuje się, że miał miejsce około 55,5 miliona lat temu.

Prawdopodobnie związany z tym okres masowego dostarczania węgla do atmosfery trwał nie dłużej niż 20 000 lat, a cały ciepły okres trwał około 200 000 lat. Dwutlenek węgla został prawdopodobnie uwolniony w dwóch impulsach, z których pierwszy trwał mniej niż 2 000 lat. Takie powtarzające się uwalnianie węgla jest zgodne z obecnym globalnym ociepleniem. Główna różnica polega na tym, że podczas paleocenu i eocenu planeta była zasadniczo wolna od lodu. Ilość uwolnionego węgla szacuje się na 0,2 gigaton rocznie (przy maksimach 0,58 gigaton), w porównaniu do tych wartości ludzkość oddaje do atmosfery około 10 gigaton rocznie.

Profile stratygraficzne z tego okresu ujawniają wiele przemian, zapisy kopalne dla wielu organizmów wykazują gwałtowne zmiany. Na przykład w początkowych etapach PETM wśród morskich organizmów występuje masowe wymieranie otwornic bentosowych, globalna ekspansja subtropikalnych grudkowatych oraz pojawienie się  wapiennych nanoskamieniałości. Na lądzie w Europie i Ameryce Północnej pojawiają się współczesne ssaki (w tym naczelne). Zmieniają się także typy sedymentacji osadów okruchowych.

Słownik