Skleníkový efekt – v čom je problém ?

Autor: Tibor Paulen | 4.8.2019 o 9:10 | (upravené 21.10.2020 o 8:01) Karma článku: 1,95 | Prečítané:  1460x

Čo zohrieva našu Zem, a čo ju naopak ochladzuje? Prečo je skleníkový efekt pre ochladzovanie Zeme komplikáciou?

Téma „skleníkový efekt“  sa často rieši v diskusiách k článkom na SME ale aj na iných portáloch. V poslednom čase som sa tiež niektorých zúčastnil. Videl som, v tejto téme panuje zmätočná kontroverzia, ktorá diskutujúcich zbytočne odkláňa od podstaty problému a jeho riešenia.  Povedal som si, že sa hlavne sám pre seba pokúsim zhromaždiť na jednom mieste najčastejšie otázky a jednoduché odpovede na ne. Tak ako ich vysvetľuje terajšia mainstreamová veda. Teda veda, kde vládne konsenzus 90 a viac percentnej väčšiny vedcov.

Čo je to skleníkový efekt ?

Je to vlastnosť atmosféry, ktorá zabraňuje, aby sa planéta zbavila nadbytočného tepla prichádzajúceho zo Slnka.

Aký proces je skleníkovým efektom narušený ?

Na to aby sa Zem nezohrievala, je potrebné, aby bola v energetickej rovnováhe. Koľko energie na ňu z vesmíru dopadne, toľko energie musí odraziť alebo vyžiariť späť do vesmíru. V poslednom období (niekoľko tisícročí)  je energetická rovnováha Zeme dosiahnutá pri priemernej teplote zemského povrchu okolo 15 stupňov.

Čo zohrieva našu Zem ?

Zo Slnka a z vesmíru  prichádzajú k Zemi rôzne druhy elektromagnetického žiarenia. Pre teplotu našej planéty sú však rozhodujúce tie, ktoré pochádzajú zo Slnka. Slnko je široko ďaleko jediným zdrojom energie. Bez Slnka by naša Zem bola len zamrznutou guľou a život by tu nikdy nedostal šancu. Od našej hviezdy nás delí 150 miliónov kilometrov prázdneho priestoru.

Ako je možné, že aj na takúto veľkú vzdialenosť cítime teplo prichádzajúce zo Slnka?

Je to vďaka tomu že Slnko je veľmi horúci objekt, ktorý vyžaruje elektromagnetické žiarenie. Väčšina z neho má formu viditeľného svetla (vnímame ho svojimi očami) a ultrafialových lúčov (reaguje na ne naša koža opálením). Toto žiarenie sa takmer neobmedzene šíri vesmírom a spolu s ním sa prenáša aj obrovská energia. Táto energia sa dokáže preniesť na objekty, s ktorými sa slnečné lúče pri svojom putovaní vesmírom stretnú.

Čo sa stane, keď sa slnečné lúče pri šírení vesmírom stretnú s nejakým objektom  ?

Môže nastať kombinácia troch udalostí.  Objekt môže lúče „odignorovať“ a lúče ním môžu voľne prejsť. Alebo sa môže žiarenie od objektu odraziť a pokračovať vo svojom putovaní vesmírom v inom smere. Alebo môže objekt žiarenie pohltiť. Ak dôjde k pohlteniu lúčov objektom, zvýši  sa celková energia objektu a častice z ktorých je objekt zložený, sa rozkmitajú . V dôsledku toho začne aj objekt  vyžarovať elektromagnetické vlny.

Pekne to vidno na príklade slnečných lúčov ktoré k nám voľne prenikajú cez zemskú atmosféru. Predstavte si, že lúčom v ich ceste stoja dva predmety. Jeden má bielu farbu a druhý čiernu. Predmet, ktorý veľkú časť dopadajúceho slnečného svetla odrazí, vnímame ako biely. Predmet, ktorý väčšinu viditeľného slnečného svetla pohltí, vnímame ako čierny. Ak k obom predmetom priložíte ruku, zistíte, že čierny predmet bude oveľa teplejší ako biely.  To, že pohltil viac svetelnej energie sa prejaví zvýšením jeho teploty. Teda tým, že začne do priestoru okolo seba vyžarovať infračervené lúče. A tie cítite svojou dlaňou ako pocit tepla.

Čo sa stane, keď sa slnečné lúče dostanú k našej planéte ?

Ultrafialová zložka slnečných lúčov sa na naše veľké šťastie takmer celá zachytí v ozónovej vrstve. Časť viditeľného  svetla sa odrazí od atmosféry a oblakov späť do vesmíru. Zvyšok prejde takmer voľne atmosférou, ktorá je pre viditeľné svetlo úplne priehľadná.  Časť z neho sa odrazí od zemského povrchu a namieri si to späť do vesmíru.  Neodrazenú časť svetelného žiarenia povrch Zeme pohltí.  Tým sa zvýši jeho vnútorná energia, ktorej sa Zem zbaví tak, že ju vyžaruje späť do vesmíru v podobe infračerveného žiarenia. Výsledkom je dosiahnutie rovnováhy medzi energiou ktorá príde k Zemi zo Slnka a energiou, ktorej sa Zem zbaví. Vďake tejto rovnováhe má Zem dlhodobo nastavenú stabilnú priemernú teplotu svojho povrchu – približne 15 stupňov.

Ilustratívne to ukazuje nasledujúci obrázok:

Čo sú infračervené lúče a prečo sú pre ochladzovanie Zeme také dôležité ?

Keď má objekt v sebe nahromadenú  energiu, vyžaruje elektromagnetické vlnenie. To, o aký druh vlnenia sa jedná, závisí od množstva energie, ktorou objekt disponuje. Objekty s nízkou energiu vyžarujú dlhé vlny s nízkou frekvenciou. U objektov, ktoré majú veľkú vnútornú energiu je to presne naopak. My tu na Zemi žijeme vo svete, kde objekty nemajú vysokú vnútornú energiu a vyžarujú hlavne infračervené lúče, ktoré vnímame ako „teplo“.  Vyžarovanie infračervených lúčov je základný spôsob, akým sa objekty obklopené vákuom (teda aj naša Zem) dokážu zbaviť prebytočného množstva energie.

Prečo skleníkový efekt zabraňuje tomu, aby sa Zem ochladila ?

Skleníkový efekt spôsobuje, že atmosféra nie je pre infračervené lúče úplne priehľadná. Časť tepelnej energie, ktorej sa naša planéta snaží zbaviť vyžarovaním, neskončí  preto vo vesmíre, ale sa vráti späť k zemskému povrchu. Na obrázku vyššie je to znázornené hrubou červenou šípkou s popisom „back radiation“. Jav nazývaný skleníkový efekt súvisí s tým, ako jednotlivé plyny z ktorých je zložená atmosféra,  reagujú na infračervené žiarenie.  Vedci zistili, že jednoduché molekuly ktoré sa skladajú iba z jedného chemického prvku a z párneho počtu atómov, si infračervené žiarenie vôbec „nevšímajú“ a prepúšťajú ho rovnako ako viditeľné svetlo. Naopak plyny, ktorých molekuly majú zložitejšiu štruktúru, reagujú na infračervené žiarenie tak, že sa rozkmitajú. Teda na chvíľu pohltia časť žiarenia a prostredníctvom kmitania ho vzápätí vyžiaria všetkými smermi do svojho okolia.

V čom je teda problém, keď energiu nezachytávajú, len si ju na chvíľu „podržia“?

Pre zvyšovanie teploty na Zemi je dôležité, že infračervené lúče, ktoré boli po ich vyžiarení zemským povrchom pôvodne nasmerované von do vesmíru, sa po takomto pingpongovaní rozptýlia do všetkých smerov a časť tepla sa vráti späť na zemský povrch. Energetická rovnováha sa poruší a teplota zemského povrchu sa zvýši, aby sa rovnováha mohla opäť obnoviť.

Ktoré plyny v zemskej atmosfére spôsobujú skleníkový efekt ?

V prípade našej atmosféry sú to vodná para (H2O), oxid uhličitý (CO2), metán (CH4), prízemný ozón (O3), oxid dusný (N2O) a rôzne zlúčeniny fluóru s uhlíkom (známe sú vďaka ich využitiu v chladiarenských technológiách).  Navzájom sa líšia svojou životnosťou v atmosfére a tiež silou svojho účinku. A každý z nich sa reaguje na  infračervené žiarenie inej vlnovej dĺžky. Dohromady ich voláme „skleníkové plyny“.

Ako je možné, že aj stopové množstvá skleníkových plynov v atmosfére majú veľmi silný vplyv ?

Je pozoruhodné, aké malé množstvo skleníkových plynov pridaných do atmosféry stačí na to, aby sa nezanedbateľná časť tepla v podobe infračerveného žiarenia vrátila späť k zemskému povrchu. Napríklad v prípade oxidu uhličitého je terajšia hodnota  0.4 promile. Teda na milión molekúl plynov atmosféry pripadá len o čosi viac ako 400 molekúl CO2.

Hľadám paralely a zisťujem že napríklad pri výrobe farebného skla stačí tiež porovnateľne malá koncentrácia niektorých prímesí, aby sa sklo zafarbilo. Extrémom je pridávanie zlata, kde už pri koncentrácii iba 10 molekúl zlata na milión molekúl skla dochádza k jeho výraznému rubínovému sfarbeniu. Pri zjednodušenom pohľade sa jedná o podobný jav ako skleníkový efekt, len sa odohráva v inej, pre nás viditeľnej, časti elektromagnetického spektra.

V prípade skleníkového efektu v zemskej atmosfére aj pri takejto nízkej koncentrácii skleníkových plynov, vznikne dostatočný počet interakcií medzi infračerveným fotónom a molekulami skleníkového plynu na to, aby sa významná časť infračervených lúčov vrátila späť na zemský povrch.

Nejedná sa v prípade skleníkového efektu len o „módnu vlnu“, ktorá má maskovať a podporiť „nekalé zámery“ podnikateľov a politikov ?

Aj keď sa skleníkový efekt sa ako jav stal „populárnym“ najmä počas posledných štyridsiatich rokov, jedná sa o záležitosť ktorá bola objavená už takmer pred 200 rokmi. V súčasnej dobe sa vedcami považuje za fundamentálny prírodný jav, ktorý bol x-krát experimentálne potvrdený a o ktorom nie je dôvod diskutovať.

Existujú  merania, ktoré  potvrdzujú existenciu skleníkového efektu v našej atmosfére ?

Pre mňa osobne sú argumentačne najviac presvedčivé výsledky meraní, ktoré dlhodobo realizujú satelity (ADEOS, Nimbus, IRIS, IMG),  ktoré sa špecializujú na meranie intenzity infračervených lúčov vyžarovaných našou planétou. Z nich je zrejmé, že množstvo odchádzajúceho infračerveného žiarenia opúšťajúceho Zem narastá. To je potvrdením faktu, že sa Zem otepľuje.

Avšak na vlnových dĺžkach ktoré patria skleníkovým plynom sa Zem postupom času javí stále chladnejšia. To znamená, že časť energie ktorej sa Zem snaží zbaviť vyžarovaním, sa vďaka skleníkovému javu stále vo väčšej miere vracia späť na zemský povrch.

Je jasný vzťah medzi množstvom skleníkových plynov v atmosfére a výslednou priemernou teplotou zemského povrchu ?

Nezodpovedaným stále zostáva, aká je citlivosť našej atmosféry na množstvo skleníkových plynov a teda ako bude vyzerať budúce zvyšovanie teploty zemského povrchu.  To je z  môjho pohľadu základná otázka, na ktorú sa treba zamerať, pretože od presnosti jej zodpovedania sa bude odvíjať rozsah a praktická účinnosť opatrení, ktoré budú musieť ľudia v najbližšej budúcnosti prijať, aby odvrátili hroziace nebezpečenstvo. Vďaka tomu, že sa tejto téme celosvetovo venuje stále väčší počet vedcov, klimatické modely sú  z roka na rok presnejšie. Preto je potrebné brať varovania poukazujúce na možný katastrofický vývoj už v pomerne blízkej budúcnosti veľmi, veľmi vážne.

 

Zdroje:

Solar energy - Wikipedia

Atmospheric Effects on Incoming Solar Radiation

Effects of Sun and Solar Radiation on Earth's Atmosphere ~ AxiBook

Five notorious greenhouse gases (Britannica)

Greenhouse effect - Wikipedia

Glass coloring and color marking - Wikipedia

Increases in greenhouse forcing inferred from the outgoing longwave radiation spectra of the Earth in 1970 and 1997 | Nature

Planetary Vision: Harries et al 2001 corrected graphs

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Už ste čítali?