Tartalom
Az éghajlatváltozással kapcsolatos egyre növekvő aggodalmaknak (gyakran „globális felmelegedésnek” nevezik) és az ezen aggályok körül kialakuló nyelvnek köszönhetően valószínű, hogy annyi fiatalabb ember hallott olyan kifejezéseket, mint például „üvegházhatás” és „üvegházhatású gázok”, mint eddig egy üvegházban, vagy tudja, mi is egy ilyen szerkezet.
A gondozott üvegház egy békés és vizuálisan kellemes látogatási vagy munkahely, bár a környezet talán túlságosan meleg és páros az emberek ízlése szempontjából. Az üvegházhatású gázokkal és a Föld éghajlatára gyakorolt hatásuk azonban nemcsak csábító, és a globális felmelegedés miatti aggodalmak is évvel növekednek. Míg a valódi üvegházak nem felelnek a nevüket viselő hatásokért, addig az alapelvek érdekes tanulmányt készítenek néhány alapvető fizikai alapelvről.
Hogyan működik az üvegház?
Az üvegházat azért nevezték el, mert szerkezete növények termesztésére szolgál, és a legtöbb növény legalább részben zöld. Nyilvánvaló, hogy otthonában is vannak növények, de az üvegházak épülnek, hogy maximalizálják a növények "kényelmét". Analógia útján kosárlabdázhat egy aszfaltpályán egy egyszerű váltókar segítségével, de kevesen érvelnék, hogy ez ugyanolyan hasznos a játék javításában, mint egy fedett, két kosárú pálya egy sík padlón.
Mi teszi az üvegházat különlegessé? Elsősorban a fény mennyisége, a szabályozott hőmérséklet és a növények által könnyen kezelhető nedvességmennyiség. Néhány üvegházat a nem növényi növényekre fordítanak, amelyeket csak dekorációval vagy különleges alkalmakkor, például virágokként használnak. Mások olyan növényeket tartalmaznak, amelyek ehető termékeket eredményeznek, például a paradicsomot. Az üvegházak üvegmennyezettel vannak ellátva, amelyek nagy mennyiségű fényt engednek be és csapdába esnek a hővel a szerkezetben. Amikor a nap lemegy, a hő ugyanolyan gyorsan eloszlik, mint a szabadban, lehetővé téve a növények számára, amelyek nem tolerálják a hűvös éjszakákat.
Fizikai szempontból az, ami melegíti az üvegházat, ugyanaz, ami melegíti egy autó belsejét egy napsütéses napon. A rövidebb hullámhosszú infravörös fény az üvegen keresztül jut be a szerkezetbe, és miután ezek a láthatatlan, de meleg sugarak visszapattannak, hosszabb hullámhosszú elektromágneses energiává válnak, és hajlamosak benne maradni, és abszorbeálódnak a környezetükben. Ezek az üvegházhatású körzetek tartalmazzák a növények leveles felületeit, amelyek napfényt használnak a fotoszintézis elősegítésére, vagy glükóz (élelmiszer) létrehozására az energia felhasználására.
Mik az üvegházhatású gázok?
A fő üvegházhatású gázok a szén-dioxid, a metán, a vízgőz és a dinitrogén-oxid. Ezek a gázmolekulák lazábban kapcsolódnak össze, mint a legtöbb molekula, így amikor a hő csapja őket, hajlamosak rezegni. Ezek a vibráló molekulák hőt bocsátanak ki, amelynek nagy részét azután a szomszédos üvegházhatású gázmolekulák abszorbeálják. Ez a ciklus rendkívül melegen tartja a környéken lévő levegőt.
A légkör nagy része nitrogénből, amely a légkör több mint háromnegyedét teszi ki, és oxigénből, amely körülbelül egyötöde. Mindkét gáz két azonos atomot tartalmaz (N2 és O2). Azok a kötések, amelyek ezeket a molekulákat együtt tartják, szorosak és kevés rezgést tesznek lehetővé, tehát nem tartják jól a hőt, és így nem járulnak hozzá jelentősen az üvegházhatásokhoz.
Szén-dioxid (CO2): A szén-dioxid molekulák a légkörnek csak kis részét teszik ki, ám ennek ellenére nagyon erősen befolyásolják az éghajlatot. Az 1850-es évek közepe körül, az ipari forradalom kezdete és az ezzel járó szénégetés előtt, a légkör körülbelül 270 ppm (ppmv) szén-dioxidot tartalmazott.2. Ez a szint folyamatosan emelkedett, mivel a szén és más fosszilis tüzelőanyagok, például a benzin égetése több gázt bocsátott a légkörbe. A CO2 A légköri szint jelenleg körülbelül 400 (ppmv), az 50% -os növekedés.
Az ember okozta éghajlatváltozás egész ötletének ellenzői rámutathatnak arra, hogy a CO2 a légkör olyan kis részét alkotja, még a nehézipar ebben a korában, hogy valószínűleg nincs jelentős hatással az éghajlatra. Ez egy könnyen népszerűsíthető ötlet, mivel bizonyos mértékű intuitív értelme van. De "érthető" az is, hogy a véráramban lévő, mikroszkopikus baktériumok kis szintje, amelyek összesen jóval kevesebb, mint milligramm súlyú, nem elégséges súlyos betegség kiváltásához, és hogy a kígyóméreg kis szintje nem lehet veszélyes vagy halálos.Ezek az ötletek nyilvánvalóan ostobaságok, tehát az intuíció, a tudományban, hírhedtően rossz útmutatás lehet.
Metán (CH4): A metán egy erőteljes üvegházhatású gáz, amely a molekula molekula számára lényegesen több hőt képes elnyelni, mint amennyit a széndioxid képes. Egyetlen szénatomból áll, amely négy hidrogénatomhoz kapcsolódik, CH4, mint például a CO2, kis mennyiségben található a légkörben, de jelentős hatással lehet a globális felmelegedésre. A metángázt az állatok bocsátják ki, és mivel a legegyszerűbb molekula, amely szénhidrogénnek minősül, üzemanyagként is felhasználják. A metán elégetésekor a szén-dioxid melléktermékként kerül a légkörbe, így a metán közvetlen és közvetett módon hozzájárul az üvegházhatáshoz.
Az üvegházhatás idővel
Mint már említettük, noha a föld légkörében lévő gázoknak csak egy apró része tekinthető üvegházhatású gázoknak, ezeknek jelentős hatása van az éghajlatra, akár természetes folyamatok eredményeként, akár emberi tevékenységek miatt kerültek oda. Valahol a 21. század folyamán a szén-dioxid mennyisége a légkörben valószínűleg kétszeresére növekszik, mint a század elején volt. Más üvegházhatású gázok, elsősorban a metán és a dinitrogén-oxid szintje szintén emelkedik. Az üvegházhatású gázok mennyisége növekszik azon fosszilis tüzelőanyagok mennyiségének arányában, amelyek égetik nemcsak az üvegházhatású gázokat, hanem a légszennyeződést is a légkörbe. Az üvegházhatású gázok más forrásokból is jutnak a légkörbe. Az állatok metán gázt bocsátanak ki az élelmiszerek emésztése során. Ezenkívül a látszólag jóindulatú folyamatok hozzájárulhatnak nem triviális mennyiségű CO-hoz2 a keverékhez. Például, mivel a cement mészkőből készül, széndioxid szabadul fel.
Ha több légköri gáz van a légkörben, és létrehoz egy láthatatlan mennyezethez hasonlót (ellentétben a valódi üvegházzal), a felfelé haladó hő valószínűleg megáll, mint egyáltalán nem távozik a légkörből, mivel a kiegészítő üvegházgázok abszorbeálják, majd sugároznak , ez a hő infravörös sugárzásként jelentkezik. A hő egy része a Földtől távozik, de részét a közeli üvegházhatású gázmolekulák abszorbeálják, és részben ismét visszatér a Föld felületére. Így különféle mechanizmusok révén, amikor az üvegházhatású gázok felhalmozódnak, a bolygó tovább melegszik. A gleccserek visszahúzódnak, a jég mindkét Föld pólusán megolvad, az óceánok melegebbek és savasabbak lesznek, a hótakaró világszerte csökkent, és a katasztrófaes időjárási események, például a hurrikánok gyakoribbak.
Hátsó udvari üvegház
A saját üvegház elkészítése nem triviális projekt, de kellő ambícióval nem túl egy szenvedélyes ember vagy csoport eszközein. Akár télen is szeretné megvédeni a nyári növényeket, akár előszeretettel szeretné kezdeni a tavaszi tereprendezési növényeket, vagy csak egy kicsit megtanulná a beltéri kertészetet, akkor akár néhány száz amerikai dollártól néhány ezerig bárhol el lehet helyezni.