Efekt Cieplarniany

Ciekawe linki

Społecznosć w sieci

Społecznoć creatorów internetu. Jeżeli masz lub chcesz mieć wpływ na rozwój internetu. Przyłącz się do nas i wypełniaj Internet wiarygodną informacją.Sprawdź sam.

Global Corporation

Firma która stworzyła clubai. Laureat XI edycji konkursu Warszawski Znak Jakosci.Wejdź na stronę Globalu.

Efekt Cieplarniany

Efekt cieplarniany [edytuj] Z Wikipedii Skocz do: nawigacji, szukaj Uproszczony bilans energetyczny Ziemi (na podstawie pracy Kiehl i Trenberth (1997)) Uproszczony bilans energetyczny Ziemi (na podstawie pracy Kiehl i Trenberth (1997))[1] Efekt cieplarniany – zjawisko wywoływane przez atmosferę, w wyniku którego temperatura planety jest wyższa niż gdyby planeta nie posiadała atmosfery. Spowodowane jest ograniczeniem wypromieniowywania ciepła z jej powierzchni i dolnych warstw atmosfery w przestrzeń kosmiczną. Czynnikiem ograniczającym wypromieniowanie ciepła są gazy cieplarniane lub pyły zawieszone w powietrzu[2]. Efekt cieplarniany zachodzi na planetach i księżycach posiadających atmosferę i ogrzewanych przez gwiazdy. W Układzie Słonecznym zachodzi on na Ziemi, Marsie, Wenus oraz na księżycu Saturna – Tytanie. Choć efekt cieplarniany zachodzić może na wszystkich planetach posiadających atmosferę, dalsza część artykułu omawia go przede wszystkim w odniesieniu do Ziemi. Istnienie zjawiska rozpatrywał już Jean Baptiste Joseph Fourier w 1824, a badał między innymi Svante Arrhenius w 1896. Jego nazwa pochodzi od podobieństwa do przemian cieplnych, zachodzących w szklarni (niekiedy używa się pojęcia "efekt szklarniowy"[3]). Światło słoneczne nagrzewa szklarnię natomiast szkło nie pozwala ciepłu emanować do atmosfery, co sprawia, że wewnątrz szklarni temperatura rośnie. Na Ziemi termin "efekt cieplarniany" odnosi się zarówno do podwyższenia temperatury, związanego z czynnikami naturalnymi, jak i do zmiany tego efektu, wywołanego przez gazy emitowane w wyniku działalności człowieka. W potocznym rozumieniu ten naturalny efekt jest często pomijany, a zwracana jest uwaga na wzrost temperatury Ziemi w ciągu ostatnich około 100 lat, zwany globalnym ociepleniem. Efekt cieplarniany (naturalny), jest zjawiskiem korzystnym dla kształtowania warunków życia na Ziemi. Szacuje się, że podnosi on temperaturę powierzchni o 20 – 34°C. Średnia temperatura naszej planety wynosi 14 – 15°C[4]. Gdyby efekt cieplarniany nie występował przeciętna temperatura Ziemi wynosiłaby ok. –20°C. Ale jeśli pójdzie tak dalej w ciągu następnych 100 lat średnia temperatura może się podwyższyć nawet o 7 stopni. Efekt cieplarniany nie jest też szczególnie przyjazny dla koralowców. Spis treści [ukryj] * 1 Mechanizm działania o 1.1 Bilans cieplny + 1.1.1 Bilans energetyczny na szczycie atmosfery + 1.1.2 Bilans energetyczny na powierzchni Ziemi + 1.1.3 Bilans energetyczny atmosfery * 2 Gazy cieplarniane o 2.1 Okno atmosferyczne o 2.2 Gazy o 2.3 Woda o 2.4 Para wodna o 2.5 Dwutlenek węgla o 2.6 Wpływ poszczególnych gazów na efekt cieplarniany * 3 Inne planety * 4 Efekt cieplarniany a atmosfera planety * 5 Globalne ocieplenie * 6 Porównanie do szklarni * 7 Przypisy * 8 Zobacz też * 9 Literatura Mechanizm działania [edytuj] Bilans cieplny [edytuj] Ziemia, jak każda inna planeta, otoczona jest próżnią i dlatego wymiana energii cieplnej z otoczeniem odbywa się wyłącznie poprzez promieniowanie elektromagnetyczne. Jedyną znaczącą ilościowo energią docierającą do Ziemi jest energia światła słonecznego. Inne rodzaje energii, które zmieniają się w energię cieplną i ogrzewają powierzchnię Ziemi (np. energia geotermalna, energia pływów, energia rozpadów promieniotwórczych, energia powstała ze spalania paliw kopalnych) są znikomo małe w porównaniu z energią promieniowania słonecznego i mogą być pominięte. Bilans cieplny w atmosferze jest matematycznie opisywany równaniem transportu promieniowania. Ziemia nie tylko otrzymuje, ale też oddaje energię cieplną w postaci promieniowania cieplnego, którego ilość zależy od temperatury planety. Gdy średnia ilość energii docierającej do ciała nie zmienia się w czasie ustala się średnia temperatura planety, w której energia pobierana jest równa i energii oddawanej. Temperatura Ziemi praktycznie nie zmienia się (panuje stan równowagi termicznej), oznacza to, że energia otrzymywana jest równa energii wysyłanej. Te proste równowagowe modele zostały początkowo opracowane przez Michaiła Budykę. Opierając się na powyższych założeniach oraz na prawach promieniowania cieplnego jako jeden z wielu Lashof oszacował, że bez atmosfery Ziemia miałaby średnią temperaturę około −18°C[5]; inne źródła podają nawet temperaturę –27°C (patrz: modele klimatu). Różnice wynikają ze zróżnicowanych uproszczeń i założeń czynionych przy obliczaniu bilansu energetycznego. Powyższe proste modele zakładają, że Ziemia znajduje się w stanie równowagi termicznej, ale skoro obserwuje się powolny ale długotrwały wzrost temperatury powierzchni Ziemi, topnienie lodowców, wzrost temperatury oceanów, oznacza to, że Ziemia otrzymuje więcej energii niż wypromieniowuje. Na podstawie szybkości wzrostu temperatury szacuje się, że różnica ta jest równa 0,85 W/m²[6]. By uzyskać stan równowagi, w obecnie panujących warunkach, temperatura Ziemi musiałaby wzrosnąć o około 1°C. Bilans energetyczny na szczycie atmosfery [edytuj] Rozkład widmowy promieniowania słonecznego Rozkład widmowy promieniowania słonecznego Promieniowanie przechodzące przez atmosferę, oraz czynniki wywołujące pochłanianie Promieniowanie przechodzące przez atmosferę, oraz czynniki wywołujące pochłanianie Na szczycie układu atmosfera-Ziemia, w przestrzeni kosmicznej, dochodzi olbrzymia ilość energii w postaci promieniowania słonecznego. Strumień promieniowania dochodzącego do górnych warstw atmosfery wynosi około 1366 W na m² powierzchni prostopadłej do promieniowania. Jest to ok. 342 W na każdy metr kwadratowy powierzchni Ziemi i odpowiada mocy 1,74•1017 wata dostarczanej do całej Ziemi[1]. Widmo promieniowania słonecznego jest zbliżone do promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze 5250°C, większość energii promieniowania słonecznego przypada na światło widzialne i bliską podczerwień w tym zakresie atmosfera jest niemal przeźroczysta. Promieniowanie słoneczne jest odbijane tak, że albedo obserwowane na szczycie atmosfery wynosi około 31% (107 W/m²), w tym w atmosferze 22% (77 W/m²) przez chmury i pyły i gazy, a 9% (30 W/m²) powierzchnia Ziemi. Pozostałe 70% promieniowania (235 W/m²) jest absorbowane w atmosferze i na powierzchni Ziemi. W tym: 16% przez atmosferę (większość promieniowania ultrafioletowego); 3% przez chmury (łącznie 67 W/m²), 50% (168 W/m²) przez powierzchnię ziemi. Pochłonięte promieniowanie (około 1,2*1017W) ogrzewa atmosferę, oceany i lądy, a jego niewielka część poprzez fotosyntezę dostarcza energii dla życia. Podane liczby są uśrednione dla całej Ziemi w bilansie rocznym. Zachodzą duże zmiany w dobowych, sezonalnych i regionalnych wartościach zarówno odbicia jak i pochłaniania. Na szczycie atmosfery bilans energetyczny to 342 W/m² dochodzącego promieniowania słonecznego i taka sama ilość promieniowania wysyłanego w przestrzeń kosmiczną, na które przypada 107 W/m² promieniowania słoneczne odbitego oraz przez 235 W/m² promieniowania podczerwonego pochodzącego od układu atmosfera - Ziemia. Bilans energetyczny na powierzchni Ziemi [edytuj] Podobnie jak każde ciało posiadające temperaturę, tak i Ziemia emituje promieniowanie cieplne. Powierzchnia Ziemi jest znacznie chłodniejsza niż powierzchnia Słońca (287 K vs 5780 K), promieniowanie to ma także rozkład zbliżony do promieniowania ciała doskonale czarnego ale dla temperatury 287 K, dlatego wypromieniowuje energię cieplną falami o większej długości niż długość fal docierających do Ziemi (i ogrzewających ją). Natężenie promieniowania słonecznego ma zgodnie z prawem Wiena maksimum w promieniowaniu widzialnym (0,5 μm), a promieniowanie cieplne Ziemi w dalekiej podczerwieni (10 μm). Atmosfera dla promieniowania emitowanego przez Ziemię zachowuje się jak ciemne ciało otaczające Ziemię. Ciało to jest ogrzewane od dołu promieniowaniem powierzchni Ziemi uzyskując temperaturę zbliżoną do temperatury Ziemi. Ciało to wypromieniowuje energię zarówno w stronę Ziemi jak i w stronę kosmosu. Energia wysyłana w kierunku Ziemi jest znaczna (324 W/m²), przewyższa niemal dwukrotnie energię dostarczaną przez Słońce (168 W/m²). W wyniku dodatkowego promieniowania atmosfery w kierunku Ziemi wzrasta temperatura powierzchni Ziemi, co zwiększa emisję promieniowania cieplnego w wyniki czego wzrasta też temperatura atmosfery. W wyniku tych procesów w końcu ustala się średnia temperatura powierzchni Ziemi i atmosfery. Atmosfera jest chłodniejsza od powierzchni Ziemi. Temperatura atmosfery zmniejsza się o około 6,5°C na każdy 1 km wysokości (zobacz: atmosfera wzorcowa, gradient adiabatyczny). Dlatego energia wypromieniowana przez atmosferę w kierunku Ziemi jest mniejsza od promieniowania wysłanego przez Ziemię. Wymiana radiacyjna w atmosferze opisywana jest równaniem transportu promieniowania. Wymiana ta zależy od optycznej grubości w danej długości fali elektromagnetycznej i zależy od temperatury atmosfery, pokrywy chmur, ilości pyłów zawieszonych. Aby nastąpiło przeniesienie energii z powierzchni Ziemi w przestrzeń kosmiczną, proces pochłaniania i emisji promieniowania podczerwonego zachodzi wielokrotnie zanim promieniowanie "przebije się" przez atmosferę. Oprócz promieniowania cieplnego przenoszenie energii w górę atmosfery odbywa się także przez konwekcję. Ogrzana powierzchnia ziemi ogrzewa najniższe warstwy powietrza które jako lżejsze od położonego wyżej jest przenoszone w górę, chłodniejsze zaś w dół. Konwekcja zachodzi zarówno w wyniku mieszania turbulentnego, w którym obszary unoszenia i opadania są niewielkie jak i transporcie wielkoskalowym, wywołanym pionowymi ruchami powietrza o skali kilku kilometrów. Zachodzi także wymiana powietrza na skalę globalną, zwana cyrkulacją powietrza. Transport energii wywołany konwekcją powietrza jest szacowany na 24 W/m². W procesowi przenoszenia powietrza towarzyszy przenoszenie pary wodnej z powierzchni Ziemi w górę oraz towarzyszący jej proces parowania na powierzchni Ziemi, a skraplania i resublimacji w atmosferze. Szacuje się, że w procesie parowania/kondensacji wody przenoszone jest średnio rocznie około 78 W/m² (patrz stosunek Bowena). Podsumowując (patrz rysunek) bilans energetyczny na powierzchni Ziemi to 168 W/m² promieniowania słonecznego dochodzącego, oraz 324 W/m² promieniowania atmosfery, ta dochodząca energia jest równoważona przez, 24 W/m² przenoszone do góry przez konwekcję, 78 W/m² przez parowanie oraz 390 W/m² przez emisję. Bilans energetyczny atmosfery [edytuj] Górne warstwy atmosfery w sposób ciągły emitują energię cieplną w przestrzeń kosmiczną (ok. 195 W/m²)[1] oraz w stronę Ziemi (ok. 324 W/m²)[1]. Powodowałoby to szybkie obniżenie temperatury atmosfery o około 1,6°C na dzień. Proces ten jest jednak bilansowany w wyniku pochłaniania promieniowania słonecznego (67 W/m²) oraz przez dopływ energii z niższych warstw atmosfery przez promieniowanie (350 W/m²)[1], konwekcję (24 W/m²)[1] i kondensację pary wodnej (78 W/m²)[1]. Gazy cieplarniane [edytuj] Okno atmosferyczne [edytuj] Bezchmurna atmosfera ziemska silnie pochłania promieniowanie podczerwone (termiczne) 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 "oknem atmosferycznym" (patrz rysunek). "Przymykanie" podczerwonego okna atmosferycznego przez chmury, pyły oraz gazy cieplarniane zwiększa efekt cieplarniany. Dla czystej atmosfery znaczna część promieniowania ziemskiego ucieka bezpośrednio do przestrzeni kosmicznej (około 100 W/m²). Chmury i para wodna w atmosferze (zwłaszcza w atmosferze tropikalnej, gdzie jest dużo pary wodnej) pochłaniają większość promieniowania podczerwonego i emitują je częściowo z powrotem ku powierzchni Ziemi, dzięki czemu średnia ilość energii odchodzącej do przestrzeni kosmicznej bezpośrednio z Ziemi zmniejsza się do 40 W/m²[1]. Gazy [edytuj] Efekt cieplarniany wywołują gazy w atmosferze, pochłaniające promieniowanie cieplne, nazywane gazami cieplarnianymi oraz w pewnym stopniu pyły zawieszone (aerozole). Gdyby atmosfera była przepuszczalna dla promieniowania cieplnego emitowanego przez powierzchnię Ziemi, to nie zwiększałaby jej temperatury. Wpływ poszczególnych gazów na efekt cieplarniany jest łatwy do określenia jeżeli znana jest ich koncentracja i rozkład w atmosferze. Najważniejszymi gazami cieplarnianymi w atmosferze Ziemi jest 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. Poglądowo mówiąc chmurowe krople wody także "zamykają okno atmosferyczne" pomiędzy 8-14 mikrometra czyli w długościach fal promieniowania podczerwonego. Woda [edytuj] Woda wpływa głównie stabilizująco na temperaturę Ziemi. Dzieje się tak dzięki jej właściwościom (duże ciepło właściwe, parowanie, skraplanie, zamarzanie, sublimacja i topnienie w troposferze Ziemi). Zjawiska te odgrywają ważną 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[7]. 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 ograniczają też wypromieniowywanie energii przez Ziemię w zakresie fal długich. Klimatolodzy wysuwają różne hipotezy dotyczące związku chmur ze zjawiskami cieplnymi w atmosferze np. hipoteza tęczówki, hipoteza termostatu. Para wodna [edytuj] Para wodna jest głównym gazem cieplarnianym w atmosferze ziemskiej. 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 gazami dlatego para wodna ma też pośredni wpływ na efekt cieplarniany. Efekty pary wodnej zależą od tego czy jest ona skoncentrowana wysoko czy nisko w atmosferze. Raport IPCC TAR (2001; sekcja 2.5.3) ocenia, że mimo niejednorodnego rozkładu pary wodnej w atmosferze, jej ilość wzrosła w XX w. Ocenia się, że efekt cieplarniany wywołany przez parę wodną zawiera się pomiędzy 36% – 60%, a wzrost stężenia pary wodnej w atmosferze zwiększa efekt cieplarniany. Dwutlenek węgla [edytuj] Stężenie CO2 w atmosferze mierzone w obserwatorium Mauna Loa. U dołu cykl roczny Stężenie CO2 w atmosferze mierzone w obserwatorium Mauna Loa. U dołu cykl roczny Dwutlenek węgla silnie pochłania promieniowanie podczerwone i dlatego jest ważnym gazem cieplarnianym, bierze on udział w licznych procesach przyrodniczych na Ziemi. Także człowiek wytwarza dwutlenek węgla w wyniku spalania paliw, zawierających węgiel (patrz Krzywa Keelinga). Ważnym procesem w bilansie atmosferycznego dwutlenku węgla jest jego rozpuszczanie w wodach oceanów, w których jest częściowo pochłaniany przez organizmy żywe oraz wchodzi w reakcje chemiczne, ale jego część pozostaje w wodzie oceanicznej zwiększając stężenie CO2 w warstwach powierzchniowych wody a następnie dociera do głębszych warstw wody w wyniku mieszania się wody. Proces mieszania się wód oceanicznych jest powolny, wyrównywanie się stężenia CO2 w oceanach trwa kilkaset lat, czego konsekwencją jest znacznie mniejszy wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze niż wynikałoby to z ilości spalonych paliw kopalnych[8]. Za kilkaset lat gdy stężenie dwutlenku węgla w wodach oceanów osiągnie stan równowagi ze stężeniem w atmosferze nie będą już pobierały dwutlenku węgla a każda ilość dwutlenku węgla wprowadzonego do atmosfery pozostanie w niej zwiększając efekt cieplarniany. Pomiary dwutlenku węgla w obserwatorium Mauna Loa pokazują, że stężenie CO2 wzrosło z około 313 ppm (części na milion) w 1960 do około 375 ppm w 2005 (krzywa Keelinga). Obecnie obserwowane stężenie CO2 przewyższa stężenia CO2 w poprzednich epokach, oszacowane na podstawie badań lodowców, którego maksima są szacowane na ~300 ppm[9]. Jednak poziom dwutlenku węgla w okresie kredy jest oceniany na znacznie wyższy niż obecny. Produkcja CO2 w okresie przemysłowym (spalanie paliw kopalnych) i inne czynniki aktywności człowieka takie jak zmiany w użytkowaniu lądów spowodowały, że poziom naturalnej równowagi między wytwarzaniem dwutlenku węgla a pochłanianiem go przez rośliny i wody został zaburzony. 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 podwyższone wartości CO2 mogły z dużym prawdopodobieństwem spowodować globalne ocieplenie. Za obserwowany, od początku XX w. wzrost temperatury Ziemi, obarcza się głównie wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze[6]. Wpływ poszczególnych gazów na efekt cieplarniany [edytuj] Trudno ocenić wpływ danego gazu na efekt cieplarniany ponieważ widma pochłaniania różnych składników często pokrywają się, dlatego zmiana stężenia danego gazu nie wywoła efektu proporcjonalnego do zmiany, promieniowanie i tak pochłonie inny gaz. Tabela pokazuje szacowane wartości na podstawie obliczeń teoretycznych. Tabela przedstawia absorpcję, kiedy każdy ze składników lub ich kombinacja jest usuwany[10]. Absorber usunięty z mieszaniny Część IR zaabsorbowana Żaden 100% H2O 64 (64, RC78) Chmury 84 (86, RC78) – CO2 91 (88, RC78) -23 O3 97 (97, RC78) Inne GHG 98 H2O + Chmury 34 H2O + CO2 47 Wszystkie bez H2O + chmury 85 Wszystkie bez H2O 66 (60-70, IPCC90) Wszystkie bez CO2 26 (25, IPCC90) Wszystkie bez O3 7 Wszystkie bez GHG 8 Wszystkie 0% Para wodna jest najważniejszym gazem absorbującym promieniowanie (sama powoduje 36% – 66% bezpośredniego efektu cieplarnianego), razem z chmurami jest odpowiedzialna za od 66% do 85% efektu cieplarnianego. Sam CO2 odpowiada za 9% – 26%, podczas gdy O3 jest odpowiedzialny za 7%, a inne gazy cieplarniane (w tym głównie metan, tlenki azotu i freony) są odpowiedzialne za 8% efektu. Łącznie gazy te nazywa się gazami cieplarnianymi (GHG). Efekt cieplarniany spowodowany wyłącznie przez dwutlenek węgla nazywa się efektem Callendara. Badając metodami spektrometrycznymi w laboratorium gazy można określić, dokładnie pasma absorpcyjne gazów, istnienie pasm pochłaniania można nawet określić teoretycznie na podstawie struktury cząsteczki. Heteromolekularne (zawierające atomy różnych pierwiastków) dwuatomowe i trójatomowe molekuły absorbują promieniowanie w podczerwieni, ale homonuklearne (zbudowane z jednakowych atomów) dwuatomowe molekuły nie absorbują promieniowania podczerwonego. Dlatego H2O oraz CO2 są gazami cieplarnianymi, a główne składniki powietrza – azot (N2) i tlen (O2) nie są. Pomiędzy pasmami absorpcji dwutlenku węgla i pary wodnej znajdują się pasma "okien atmosferycznych", w których promieniowanie podczerwone jest stosunkowo słabo absorbowane, dotyczy to zwłaszcza okna atmosferycznego pomiędzy 8 i 15 μm. Składniki takie jak chloro-i fluoropochodne węglowodory alifatyczne (freony) absorbują bardzo silnie w tym zakresie długości fal, co oznacza, że są one bardzo silnymi gazami cieplarnianymi. Związki te praktycznie nie występowały w atmosferze, pojawiają się w wyniku działalności ludzkiej. W atmosferze Ziemi nie ma mechanizmów powodujących ich usuwanie z atmosfery, a wyemitowane do atmosfery pozostają w niej długo i nagromadzają się. Niektóre z nich mają w atmosferze średni czas życia około 50 000 lat. Inne planety [edytuj] Atmosfera Wenus ma ciśnienie prawie 100 razy większe od ziemskiego i jest złożona głównie z dwutlenku węgla, co sprawia, że temperatura powierzchni wynosi około 460°C i jest wyższa od znajdującego się znacznie bliżej Słońca, ale pozbawionego atmosfery Merkurego, efekt cieplarniany dla Wenus szacuje się na ponad 300°C. W atmosferze Marsa efekt cieplarniany jest minimalny z powodu niewielkiego ciśnienia (grubości) atmosfery. Efekt cieplarniany a atmosfera planety [edytuj] Porównanie rozmiarów Ziemi i Wenus Porównanie rozmiarów Ziemi i Wenus Efekt cieplarniany zmieniając temperaturę planety jak i atmosfery wpływa na zjawiska zachodzące na planecie, w tym na sam efekt cieplarniany. Takie oddziaływanie procesu na siebie opisywane jest jako sprzężenie zwrotne. Przykładem dodatniego sprzężenia zwrotnego może być planeta Wenus w przeszłości. Gwiazda Poranna znajduje się bliżej Słońca niż Ziemia (około 72% odległości Ziemi) i w związku z tym otrzymuje około dwukrotnie więcej promieniowania słonecznego niż Ziemia. Zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna przy identycznej atmosferze jej temperatura powinna wynosić 1,2 (pierwiastek 4. stopnia z 2) temperatury Ziemi w skali Kelwina (73°C), a jest znacznie wyższa. Odmienność warunków panujących na obu planetach wynika z innego składu ich atmosfer, który z kolei wynika, z początkowo niewielkich różnic, w ich ewolucji. Niedługo po narodzinach Układu Słonecznego atmosfera Wenus i Ziemi miały inny skład niż obecnie. Obie atmosfery zawierały parę wodną. Gwiazda poranna znajduje się trochę bliżej Słońca, temperatura jej atmosfery była taka, że para wodna mogła wznieść się wysoko, gdzie dociera promieniowanie ultrafioletowe, które rozkładało wodę na wodór i tlen. Wodór jako gaz bardzo lekki uciekał z atmosfery w przestrzeń kosmiczną, zaś tlen reagował z węglem, zwiększając ilość dwutlenku węgla. Wyższa temperatura zmniejszała też ilość ciekłej wody, w związku z czym ilość dwutlenku węgla związanego przez ciekłą wodę zmniejszała się i przechodził on do atmosfery. Procesy wulkaniczne uwalniały wcześniej uwięziony w skałach dwutlenek węgla co powodowało jego kumulację w atmosferze. Zwiększona ilość dwutlenku węgla podwyższała temperaturę Wenus. Proces ten przebiega w warunkach dodatniego sprzężenia zwrotnego. Im więcej gazów cieplarnianych było w atmosferze tym szybciej ich przybywało. Dowodem na "mokrą" przeszłość Wenus jest skład izotopowy resztek pary wodnej zawartej w jej atmosferze. Na Ziemi cząsteczki wody są zbudowane w ogromnej większości z dwóch protonów połączonych wiązaniem chemicznym z atomem tlenu. W atmosferze Wenus udział cząsteczek wody zbudowanych z par deuteru bądź trytu powiązanych z tlenem (ciężka woda) jest znacznie większy niż na Ziemi. Cząsteczki wody składające się z cięższych izotopów wodoru nie ulegają dysocjacji (rozpadowi) pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i nie uciekają z planety[11][12]. Opisane wyżej procesy zachodziły i zachodzą też w atmosferze Ziemi, ale ich przebieg jest diametralnie różny. Trochę niższa temperatura atmosfery Ziemi sprawiała, że woda ulegała kondensacji i nie docierała do wyższych warstw atmosfery, nie była rozkładana i pozostała na planecie. Wytwarzany przez organizmy żywe tlen pod wpływem promieniowania przekształcał się w ozon, który silnie pochłaniał promieniowanie ultrafioletowe, zahamował niemal całkowicie proces ucieczki wodoru. Dwutlenek węgla rozpuszczał się w ciekłej wodzie i był absorbowany przez powierzchnię Ziemi, a później przez organizmy żywe. Z porównania tego widać jak niewielkie zmiany w atmosferze mogą zmienić drastycznie temperaturę planety. W 1973, Carl Sagan zasugerował, że dwutlenek węgla zawarty w atmosferze i efekt cieplarniany objęte są dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Wzrost dwutlenku węgla wywoła wzrost temperatury powierzchni Ziemi, w tym i temperatury w obecnie zamrożonych bagnach, które spowoduje szybsze utlenianie zawartych w nich substancji organicznych, w konsekwencji zwiększając zawartość CO2 w atmosferze. Dodatkowo wzrost temperatury wywoła wzrost zawartości pary wodnej w atmosferze, ograniczając wypromieniowywanie ciepła z Ziemi. Globalne ocieplenie [edytuj] Zobacz więcej w osobnym artykule: globalne ocieplenie. Średnia globalna temperatura w okresie od 1856 do 2005. 1-Temperatura roku, 2-Średnia pięcioletnia Średnia globalna temperatura w okresie od 1856 do 2005. 1-Temperatura roku, 2-Średnia pięcioletnia 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 ocieplanie się atmosfery ziemskiej z ponad 90% prawdopodobieństwem spowodowane jest działalnością człowieka, a wpływ czynników naturalnych oszacowano na 5%[13]. Pomimo wyników powyższego raportu niektórzy naukowcy kwestionują sam fakt ocieplania się Ziemi czy też wpływ człowieka na ten efekt. Na przykład niemiecki badacz Hans von Storch w 2004 opublikował na łamach Science wyniki analizy jego zdaniem wskazujące na to, że długotrwałe okresy suszy i wielkich upałów nawiedzały Europę w jej dziejach wielokrotnie. Przed 900 laty w Europie średnia temperatura wynosiła tyle co obecnie, a lata 1400-1850 to okres tzw. "małej epoki lodowcowej" – zdaniem Storcha dowodziło to niezależności zmian temperatury od działalności człowieka[14]. Analiza i wnioski von Storcha zostały zakwestionowane przez innych naukowców[15]. W późniejszym czasie von Storch zmienił zdanie na temat efektu cieplarnianego oznajmiając oficjalnie, iż "bazując na dowodach naukowych jest przekonany, iż emisje gazów cieplarnianych spowodowane działalnością ludzi powodują zmianę klimatu"[16]. Niemniej nie kwestionując faktu zaistnienia efektu globalnego ocieplenia uważa on, że "alarmiści uważają, że zmiana klimatu jest czymś niezwykle niebezpiecznym, niezwykle złym, i że przesadzanie na ten temat, jeżeli ma na celu dobro, nie jest takie złe"[17]. Porównanie do szklarni [edytuj] Termin efekt cieplarniany powstał w wyniku porównania zjawiska nagrzewania atmosfery planety do nagrzewania się szklarni. Nie można jednak utożsamiać tych zjawisk, gdyż choć w obu przypadkach następuje wzrost temperatury, to przyczyny podwyższenia temperatury w szklarni są inne niż przyczyny efektu cieplarnianego w atmosferze[18][19]. Ogrzewanie się szklarni następuje w wyniku ograniczenia ucieczki ciepłego powietrza. Tak więc ogrzewanie w szklarni polega głównie na ograniczeniu konwekcyjnej i turbulentnej wymiany ciepła. Można to łatwo pokazać otwierając okna szklarni – temperatura spadnie wtedy gwałtownie. Stąd wynika, że szklarnia działa głównie poprzez zapobieganie konwekcji, natomiast atmosferyczny efekt cieplarniany poprzez ograniczenie wypromieniowania, a nie konwekcji. Mimo to można znaleźć źródła, które przeprowadzają analogię pomiędzy tymi zjawiskami[20][21]. Przypisy [edytuj] 1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 J. T. Kiehl, Kevin E. Trenberth. Earth’s Annual Global Mean Energy Budget. Bulletin of the American Meteorological Society. 2, 78, 197–208. 1997. 2. ↑ Markowicz, K.M., P.J. Flatau, A.M. Vogelmann, P.K. Quinn, E.J. Welton. Clear-sky infrared radiative forcing at the surface and the top of the atmosphere, Q. J. R. Meteorol. Soc. , 129 , pp. 2927-2947 DOI:2003 10.1256/qj.02.224, 2003 3. ↑ http://encyklopedia.pwn.pl/lista.php?co=efekt+cieplarniany 4. ↑ [1] 5. ↑ http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7h.html 6. ↑ 6,0 6,1 Hansen J., Nazarenko L., Ruedy R., Sato M., Willis J., Del Genio A., Koch D., Lacis A., Lo K., Menon S., Novakov T, Perlwitz J., Russell G., Schmidt G. A., Tausnev N., Earth's Energy Imbalance: Confirmation and Implications, Science 308, 1431, 3 czerwca 2005, PDF na stronie pubs.giss.nasa.gov (en) 7. ↑ Lindzen R.S.,Some Coolness concerning global warming, 3 marca 1990, PDF na stronie eaps.mit.edu (en) 8. ↑ Johnson C.W., Goldilocks and the Three Planets, 1998, Kopia na www.phys.lsu.edu (en) 9. ↑ Hansen J., Climatic Change, 68, 269, 2005, Dostępny na springerlink.com (en) 10. ↑ Ramanathan and Coakley, Rev. Geophys and Space Phys., 16 465 (1978)), Zobacz też: Lindzen R.S., 1991. Quart. J. Roy. Met. Soc., 117, pp. 651-652, Dostępny na www.realclimate.org (en) 11. ↑ Artykuł dotyczący planety Wenus na stronie home.case.edu (en) 12. ↑ Strobel N., Planet Interiors, 1 czerwca 2000, Kopia na astronomy.nju.edu.cn (en) 13. ↑ http://www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf 14. ↑ Reconstructing Past Climate from Noisy Data 15. ↑ Comment on "Reconstructing past climate from noisy data" 16. ↑ [2]. "Based on the scientific evidence, I am convinced that we are facing anthropogenic climate change brought about by the emission of greenhouse gases into the atmosphere." 17. ↑ [3] "The alarmists think that climate change is something extremely dangerous, extremely bad and that overselling a little bit, if it serves a good purpose, is not that bad." 18. ↑ Fraser A.B., Bad greenhouse, Dostępne na www.ems.psu.edu (en) 19. ↑ Wood R.W., Note on the Theory of the Greenhouse, 1909, London, Edinborough and Dublin Philosophical Magazine, vol 17, p319-320. Cambridge UL shelfmark p340.1.c.95, Dostępne na www.wmconnolley.org.uk (en) 20. ↑ Sleep N.H., What you will see for yourself planetary habitability. A modern fortnight of the first new science of the renaissance, Dostępna na pangea.stanford.edu (en) 21. ↑ Czym jest efekt cieplarniany — www.ngdc.noaa.gov (en) Zobacz też [edytuj] * Zmiana klimatu * Globalne ocieplenie * Modele klimatu * Przegląd zagadnień z zakresu ekologii Literatura [edytuj] * Earth Radiation Budget, http://marine.rutgers.edu/mrs/education/class/yuri/erb.html * Fleagle, RG and Businger, JA: An introduction to atmospheric physics, 2nd edition, 1980 * Fraser, Alistair B., Bad Greenhouse http://www.ems.psu.edu/~fraser/Bad/BadGreenhouse.html * Giacomelli, Gene A. and William J. Roberts1, Greenhouse Covering Systems, Rutgers University, downloaded from: http://ag.arizona.edu/ceac/research/archive/HortGlazing.pdf on 3-30-2005. * Ann Henderson-Sellers and McGuffie, K: A climate modelling primer (cytat z tej strony: "Efekt cieplarniany: wpływ atmosfery na wtórną emisję promieniowania podczerwonego z powrotem do ziemi. Nie ma nic wspólnego ze szklarniami, które powodują, że ciepłe powietrze zatrzymuje się blisko powierzchni ziemi"). * Idso, S.B.: Carbon Dioxide: friend or foe, 1982 (cytat: ...użycie tej nazwy jest trochę nieprawidłowe bo CO2 nie ogrzewa planety w ten sam sposób w jaki szklarnia utrzymuje ciepło). * Kiehl, J.T., and Trenberth, K. (1997). Earth's annual mean global energy budget, Bulletin of the American Meteorological Society 78 (2), 197-208.[4] * Piexoto, JP and Oort, AH: Physics of Climate, American Institute of Physics, 1992 (cytat: ...nazwa efekt cieplarniany pary wodnej jest źle zdefiniowanym pojęciem, bo w typowej szklarni ocieplenie jest związane z redukcją konwekcji) * Wood, R.W. (1909). Note on the Theory of the Greenhouse, Philosophical Magazine 17, p319-320. Na sieci można znaleźć ten tekst na stronie http://www.wmconnolley.org.uk/sci/wood_rw.1909.html * IPCC assessment reports, patrz http://www.ipcc.ch/ Artykuł na medal Źródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/Efekt_cieplarniany" Kategorie: Artykuły na medal • Zmiany klimatu