» » » » » Efectul de seră

Efectul de seră

Modelele de absorbție a vaporilor de apă (vârfurile albastre) și a dioxidului de carbon (vârfurile roz)
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Greenhouse_Effect.svg

(Reprezentarea schimburilor de energie între sursă (Soarele), suprafața Pământului, atmosfera Pământului și spațiul exterior ultim al bazinului. Capacitatea atmosferei de a capta și recicla energia emisă de suprafața Pământului este caracteristica definitorie a efectului de seră. )

Efectul de seră este procesul prin care radiația din atmosfera unei planete încălzește suprafața planetei la o temperatură mai mare decât cea care ar fi fără atmosferă.

Dacă atmosfera unei planete conține gaze active din punct de vedere radiativ (adică gaze cu efect de seră) acestea vor radia energia în toate direcțiile. O parte din această radiație este direcționată spre suprafață, încălzind-o. Intensitatea radiației descendente – adică puterea efectului de seră – va depinde de temperatura atmosferei și de cantitatea de gaze cu efect de seră pe care o conține atmosfera.

Efectul natural al efectului de seră al Pământului este esențial pentru susținerea vieții. Activitățile umane, în special arderea combustibililor fosili și defrișarea pădurilor, au întărit efectul de seră și au determinat încălzirea globală.

Termenul „efect de seră” a apărut dintr-o analogie defectuoasă cu efectul luminii solare care trece prin sticlă încălzind o seră. Modul în care o seră își păstrează căldura este fundamental diferită, deoarece o seră funcționează în principal prin reducerea fluxului de aer, astfel încât aerul cald să fie menținut în interior.

Energia curge între Soare, atmosferă și suprafața Pământului
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:The_green_house_effect.svg

(Energia curge între Soare, atmosferă și suprafața Pământului. )

Istorie

Existența efectului de seră a fost susținută de Joseph Fourier în 1824. Argumentul și dovezile au fost întărite de Claude Pouillet în 1827 și 1838 și au fost motivate din observațiile experimentale ale lui John Tyndall în 1859, care au măsurat proprietățile radiative ale anumitor gaze cu efect de seră . Efectul a fost mai cuantificat de Svante Arrhenius în 1896, care a făcut prima predicție cantitativă a încălzirii globale datorită dublării ipotetice a dioxidului de carbon atmosferic. Cu toate acestea, termenul „seră” nu a fost folosit pentru a se referi la acest efect de către vreunul dintre acești oameni de știință; termenul a fost folosit pentru prima dată în acest fel de Nils Gustaf Ekholm în 1901.

Bugetul de energie al Pământului(Bugetul de energie al Pământului)

Mecanism

Pământul primește energie de la Soare în formă de radiație ultravioletă, vizibilă și apropiată de infraroșu. Aproximativ 26% din energia solară primită este reflectată în spațiu de atmosferă și nori, iar 19% este absorbit de atmosferă și de nori. Cea mai mare parte a energiei rămase este absorbită la suprafața Pământului. Deoarece suprafața Pământului este mai rece decât soarele, acesta radiază la lungimi de undă care sunt mult mai lungi decât lungimile de undă care au fost absorbite. Cea mai mare parte a acestei radiații termice este absorbită de atmosferă și o încălzește. Atmosfera, de asemenea, câștigă căldură prin fluxuri de căldură sensibile și latente de pe suprafață. Atmosfera emite energie atât în ​​sus, cât și în jos; partea radiată în jos este absorbită de suprafața Pământului. Aceasta determină o temperatură de echilibru mai mare decât în ​​cazul în care atmosfera a fost absentă.

Spectrul de radiație solară
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png

(Spectrul de radiație solară pentru lumină directă atât în ​​partea superioară a atmosferei Pământului, cât și la nivelul mării.)

Un corp negru ideal conductiv termic la aceeași distanță de Soare ca Pământul ar avea o temperatură de aproximativ 5,3 °C. Cu toate acestea, pentru că Pământul reflectă aproximativ 30% din lumina Soarelui, această temperatură efectivă a planetei (temperatura unui corp negru care ar emite aceeași cantitate de radiație) ar fi de aproximativ -18 °C. Temperatura suprafeței acestei planete ipotetice este de 33° C sub temperatura reală a suprafeței Pamântului de aproximativ 14 °C.

Mecanismul de bază poate fi calificat în mai multe moduri, dintre care nici unul nu afectează procesul fundamental. Atmosfera din apropierea suprafeței este în mare parte opacă la radiația termică (cu excepții importante pentru benzile „ferestre”), iar cea mai mare parte a pierderilor de căldură de pe suprafață este prin căldura sensibilă și transportul latent al căldurii. Pierderile de energie ale radiațiilor devin din ce în ce mai importante în atmosferă, în mare parte datorită scăderii concentrației de vapori de apă, un important gaz cu efect de seră. Este mai realist să ne gândim la efectul de seră ca la o „suprafață” în troposfera mijlocie, care este efectiv cuplată la suprafață cu o rată de eroare. Imaginea simplă presupune, de asemenea, o stare de echilibru, dar în lumea reală există variații datorate ciclului diurn, precum și ciclului sezonier și perturbațiilor meteorologice. Încălzirea solară se aplică numai în timpul zilei. În timpul nopții, atmosfera se răcește oarecum, dar nu foarte mult, pentru că emisivitatea sa este scăzută. Schimbările de temperatură diurnă scad cu înălțimea în atmosferă.

În regiunea în care efectele radiative sunt importante, descrierea dată de modelul de seră idealizat devine realistă. Suprafața pământului, încălzită la o temperatură de aproximativ 255 K, radiază lungimi de undă lungi, căldură în infraroșu în intervalul 4-100 μm. La aceste lungimi de undă, gazele cu efect de seră care au fost în mare măsură transparente pentru radiația solară care intră sunt mai absorbante. Fiecare strat de atmosferă cu gaze cu efect de seră absoarbe o parte din căldura care este radiată în sus de la straturile inferioare. Aceasta este reradiată în toate direcțiile, atât în ​​sus, cât și în jos. Acest lucru are ca rezultat o mai mare caldură dedesubt. Creșterea concentrației gazelor mărește cantitatea de absorbție și reradiație, încălzind astfel straturile și, în cele din urmă, suprafața de dedesubt.

Gazele cu efect de seră – inclusiv cele mai multe gaze diatomice cu doi atomi diferiți (cum ar fi monoxidul de carbon, CO) și toate gazele cu trei sau mai mulți atomi – sunt capabile să absoarbă și să emită radiații infraroșii. Deși mai mult de 99% din atmosfera uscată este IR transparentă (deoarece constituenții principali – N2, O2 și Ar – nu sunt capabili să absoarbă direct sau să emită radiații infraroșii), coliziunile intermoleculare determină energia absorbită și emisă de gazele cu efect de seră să fie partajate cu celelalte, gazele non-IR-active.

Gaze cu efect de seră

Modelele de absorbție a vaporilor de apă (vârfurile albastre) și a dioxidului de carbon (vârfurile roz) se suprapun în unele lungimi de undă(Gazele atmosferice absorb doar unele lungimi de undă de energie, dar sunt transparente pentru celelalte. Modelele de absorbție a vaporilor de apă (vârfurile albastre) și a dioxidului de carbon (vârfurile roz) se suprapun în unele lungimi de undă. Bioxidul de carbon nu este atât de puternic ca gaz cu efect de seră ca vaporii de apă, dar absoarbe energia la lungimi de undă mai lungi (12-15 micrometri), ceea ce vaporii de apă nu pot, parțial închizând „fereastra” prin care căldura radiată de suprafață ar scăpa în mod normal în spațiu. ((Imagine NASA, Robert Rohde))

Prin contribuția lor procentuală la efectul de seră de pe Pământ, cele patru gaze majore sunt:

  • vapori de apă, 36-70%
  • dioxid de carbon, 9-26%
  • metan, 4-9%
  • ozon, 3-7%

Nu este posibil să se atribuie un procent specific fiecărui gaz, deoarece benzile de absorbție și de emisie ale gazelor se suprapun (de aici intervalele menționate mai sus). De asemenea, norii absorb și emit radiații infraroșii și astfel afectează proprietățile radiative ale atmosferei.

Rolul schimbărilor climatice

Curba Keeling a concentrațiilor atmosferice de CO2 măsurate la Observatorul Mauna Loa
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Mauna_Loa_CO2_monthly_mean_concentration.svg

(Curba Keeling a concentrațiilor atmosferice de CO2 măsurate la Observatorul Mauna Loa. )

Consolidarea efectului de seră prin activități umane este cunoscută sub numele de efectul de seră îmbunătățit (sau antropogen). Această creștere a forței radiative din activitatea umană se datorează, în principal, creșterii nivelului atmosferic de dioxid de carbon. Conform ultimului Raport de Evaluare al Grupului Interguvernamental privind Schimbările Climatice, „concentrațiile atmosferice de dioxid de carbon, metan și oxizi de azot au fost fără precedent cel puțin în ultimii 800 000 de ani. Efectele acestora, împreună cu cele ale altor factori antropici, au fost detectate în sistemul climatic și sunt extrem de probabil să fi fost cauza dominantă a încălzirii observate începând de la mijlocul secolului al XX-lea „.

CO2 este produs prin arderea combustibililor fosili și alte activități cum ar fi producția de ciment și defrișările tropicale. Măsurătorile de CO2 din observatorul de la Mauna Loa arată că concentrațiile au crescut de la aproximativ 313 ppm în 1960 la aproximativ 389 ppm în 2010. Acesta a atins pragul de 400 ppm pe 9 mai 2013. Cantitatea curentă observată de CO2 depășește maximul înregistrării geologice (~ 300 ppm) din datele de bază ale gheții. Efectul dioxidului de carbon produs de combustie asupra climatului global, un caz special al efectului de seră descris pentru prima dată în 1896 de către Svante Arrhenius, a fost numit și efectul Callendar.

În ultimii 800 000 de ani, datele de bază ale gheții arată că dioxidul de carbon a variat de la valori mici de 180 ppm la nivelul preindustrial de 270 ppm. Paleoclimatologii consideră că variațiile în concentrația dioxidului de carbon reprezintă un factor fundamental care influențează variațiile climatice în această perioadă.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *