Efekt cieplarniany

Efekt cieplarniany jest zjawiskiem spowodowanym zdolnością atmosfery do przepuszczania dużej części promieniowania słonecznego (głównie światła) i zatrzymywania promieniowania Ziemi (m. in. cieplnego). Dzięki temu na powierzchni Ziemi oraz w dolnych warstwach jej atmosfery jest cieplej niż byłoby, gdyby atmosfera nie istniała. Jak wynika z wyliczeń naukowców, temperatura powierzchni Ziemi pozbawionej atmosfery utrzymywałaby się w okolicy -17C, podczas, gdy obecnie średnia temperatura na Ziemi wynosi 15C.
Efekt cieplarniany jest zjawiskiem naturalnym i z naszego punktu widzenia - bardzo korzystnym, gdyż bez niego na Ziemi nie mogłoby powstać i rozwinąć się życie. Problemem nie jest więc efekt cieplarniany, lecz zmiany jego nasilenia. Nasze obecne środowisko życia kształtowało się w panujących aktualnie warunkach klimatycznych przez tysiące lat. W nim nauczyliśmy się żyć, korzystać z dóbr natury, w nim żyją też inni mieszkańcy naszej planety - zwierzęta oraz rośliny. Nasilenie efektu cieplarnianego może w znacznym stopniu i w dość krótkim czasie zaburzyć warunki naszego życia oraz życia innych organizmów żywych. Wszystkich skutków globalnych zmian klimatycznych nie jesteśmy w stanie przewidzieć, gdyż zmiana jednego parametru pociąga za sobą lawinowo kolejne zmiany innych czynników. Jest to proces bardzo skomplikowany, którego nie będziemy mogli w żaden sposób zatrzymać, gdy już się rozpocznie. W historii naszej planety zmiany nasilenia efektu cieplarnianego następowały wielokrotnie, powodując globalne zmiany klimatu Ziemi. Źródła tych wahań bywały różne, często składało się na nie wiele czynników, a zainicjowany proces zmian stawał się samonapędzającą się machiną działającą na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Zanim środowisko Ziemi osiągało powtórnie stan równowagi musiało upłynąć wiele lat, a jeszcze więcej czasu potrzebowały organizmy żywe, żeby się do nowych warunków przystosować.
Nie bez związku efekt magazynowania przez Ziemię energii cieplnej nazwano "szklarniowym". W ten sam sposób, co Ziemia, ogrodnicy ogrzewają swoje szklarnie.

Światło słoneczne oświetla przez szyby glebę, znajdującą się wewnątrz pomieszczenia. Promienie słońca padające na glebę nagrzewają ją. Jest to efektem tej właśnie właściwości słońca. Gleba pochłania większość energii cieplnej, część zostaje od niej odbita przy jednoczesnym ogrzewaniu gleby. Na rysunku widzimy kreskę, obrazującą ciepło, które wędruje odbijając się od gleby (jednocześnie ją nagrzewając) i wewnętrznych części szyb. Wypromieniowane ciepło napotykając na swojej drodze szklany dach szklarni, po części przechodzi do atmosfery, a część odbija z powrotem w kierunku ziemi. Odbijanie energii powoduje dalsze ogrzewanie gleby i powietrza wewnątrz szklarni, aż wystąpi równowaga energetyczna. Równowaga energetyczna to taki stan, w którym gleba przyjmuje tyle samo energii cieplnej, ile oddaje. W tym stanie temperatura utrzymuje się na stałym poziomie, a ponieważ szklarnia jest pomieszczeniem zamkniętym, nie ma więc możliwości wymiany powietrza i wewnątrz szklarni temperatura pozostaje wyższa niż na zewnątrz.

Powyżej przedstawiono rysunek obrazujący powstawanie efektu cieplarnianego w ziemskiej atmosferze. Widzimy promieniowanie słońca przenikające przez Ziemską atmosferę, które jest przez nią i przez powierzchnię Ziemi pochłaniane i odbijane. Krzywymi strzałkami zaznaczone jest promieniowanie podczerwone, emitowane przez rozgrzaną powierzchnię Ziemi. Rolę szklarnianych szyb pełnią w atmosferze gazy cieplarniane. Podobnie jak w przypadku szyb szklarni, promieniowanie podczerwone z trudem przedziera się przez warstwy tych gazów. Jednak ich budowa fizyko-chemiczna umożliwia przepuszczenie pewnej ilości tego promieniowania w kosmos. Mówi się, że otwierają one tzw. okna promieniowania. Jednak większą część ciepła gazy te pochłaniają i ponownie emitują w kierunku Ziemi ogrzewając jej powierzchnię oraz dolną atmosferę. Bilans cieplny czyli średnia temperatura wynosi obecnie 15C. Brak atmosfery pozwoliłby na uchodzenie energii cieplnej z Ziemi, w wyniku czego średnia wyniosłaby -18 do -20C. Wynika z tego, że atmosfera chroni Ziemię przed nadmiernym wychłodzeniem podnosząc średnią temperaturę o 35C.
Odbywa się to dzięki pochłanianiu przez niektóre gazy atmosferyczne promieniowania podczerwonego, które bez atmosfery uszłoby w przestrzeń kosmiczną. Dotychczas zasadniczą funkcję pełniła tu para wodna, będąca w stanie ciągłych przemian i transportu, gwarantujących raczej stabilną jej koncentrację. Dziś rośnie rola pozostałych regulatorów bilansu cieplnego - dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych. Naukowcy dotychczas zidentyfikowali ponad 30 z nich. Pięć. Uznano je za najważniejsze ze względu na udział, jaki biorą one w pochłanianiu promieniowania podczerwonego. Są to dwutlenek węgla, metan, tlenki azotu, ozon, freony.
Dwutlenek węgla od najdawniejszych czasów pomaga Ziemi w regulowaniu temperatury. Jednak rozwijający się przemysł, motoryzacja, karczowanie lasów, powodują wzrost koncentracji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w atmosferze. Ta zwiększająca się koncentracja gazów cieplarnianych uniemożliwia przychodzącej energii opuszczenie Ziemi. Energia oddawana jest mniejsza od przyjmowanej. Temperatura rośnie więc tak długo, aż ustali się nowy stan równowagi. To z kolei prowadzi do globalnego ocieplenia klimatu na Naszej Planecie. Zjawisko to wykrył w 1861 roku irlandzki fizyk John Tyndall (1820-1893). Część gazów dopływających do atmosfery jest wynikiem naturalnych procesów zachodzących na Ziemi. Jednak większość dostarcza działalność przemysłowa człowieka. Ta ostatnia właśnie powoduje nasilenie się efektu cieplarnianego i podnoszenie się średniej temperatury na Ziemi.

Jak na razie CO2 ma największy wpływ na powstawanie efektu cieplarnianego i na globalne ocieplenie. Jednak jak pokazuje wykres wpływ innych gazów będzie się stopniowo zwiększał. Będzie tak dlatego, gdyż inne gazy silniej pochłaniają promieniowanie podczerwone. Naukowcy twierdzą, że do 2010 r. te mniej powszechne gazy będą odpowiedzialne za połowę przyrostu temperatury na Ziemi. Dlatego należy szybko podejmować działania mające na celu ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, gdyż może ona być fatalna w skutkach.

Zjawisko efektu szklarniowego występowało od momentu powstania Ziemi. Podczas ery archaicznej intensywność promieniowania słonecznego była mniejsza niż obecnie, ilość amoniaku i metanu była większa. Działalność człowieka zwiększyła intensywność tego efektu i obecnie stanowi to poważny problem. Efekt cieplarniany może doprowadzić do znacznych zaburzeń w organizmach żyjących na powierzchni Ziemi.

Główne przyczyny powstawania efektu cieplarnianego powodowane przez człowieka:
? Wypalanie i wycinanie lasów tropikalnych
? Spalanie paliw kopalnych
? Pożary na szeroką skalę
? Przedostawanie się do atmosfery freonów i halonów, stosowanych niegdyś w urządzeniach chłodniczych, dezodorantach i innych aerozolach.
? Stosowanie azotanów w uprawach rolniczych
? Wszelkiego rodzaju działalność gospodarcza człowieka- fabryki, elektrociepłownie, zakłady przemysłowe, powodujące zwiększoną produkcję i emisję tlenków azotu i siarki
? Górnictwo
? Awarie rafinerii naftowych- węglowodory
? Ogromna ilość śmieci i odpadów
? Wybuchy wulkanów
Coraz częściej człowiek zaczyna się zastanawiać nad stanem środowiska i jego poprawą. Zmiany stanu atmosfery notowane są od momentu rewolucji przemysłowej. Człowiek zaczął szukać metod jakimi mógłby przywrócić stan atmosfery sprzed tego okresu. Stanu takiego już nie da się osiągnąć, można jedynie zmniejszyć zanieczyszczanie środowiska a nawet eliminować niektóre procesy i działania. Najlepszym sposobem jest zwiększenie zastosowania alternatywnych źródeł energii takich jak: energia słoneczna, wód i wiatru. Musimy także zaniechać nadmiernemu wycinaniu lasów i ich wypalaniu. Niestety są to działanie kosztowne i wielu krajów nie stać na tego typu działania. Dotyczy to zwłaszcza krajów "Trzeciego Świata" i ubogich, dla których lasy mają ogromne znaczenie gospodarcze i ekonomiczne. Uboga ludność karczuje lasy i wypala je w celu pozyskania nowych terenów pod uprawy. Unowocześnianie technologii powoduje mniejsze zużycie paliw. Zwiększenie zapotrzebowania na energię powoduje tym samym większe ilości CO2 na jednostkę PKB.
Układ z Kioto reguluje ilość emitowanych gazów cieplarnianych przez kraje rozwinięte po roku 2000. układ nakazuje zmniejszenie ingerencji człowieka w środowisko naturalne, w tym w klimat. Zmniejszona antropogenizacja zredukowałaby ilość wydzielanych gazów najbardziej szkodliwych o 0,5 procent. Układ podpisało większość krajów należących do wspólnoty europejskiej i Europy wschodniej. USA również podjęły działania w sferze problemu efektu szklarniowego. W raporcie czytamy: "...efekt cieplarniany został spowodowany działalnością człowieka, a nie naturalnymi zmianami atmosferycznymi..."
Jak wiadomo efekt cieplarniany istniał od dawna, człowiek w znacznym stopniu go pogłębił. Raport USA był zatem tylko w połowie prawdziwy, popełniono w nim błąd.
Zdania na temat pogłębiania się efektu cieplarnianego są podzielone, istnieje kilka teorii jego powstania i ewentualnej winy człowieka. Wiadomo jest na pewno, że człowiek na pewno się do tego przyczynił, teraz musi zadbać aby nie pogłębiać tego problemu ale go powstrzymywać.