Skleníkový efekt

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Krátkovlnné záření ze slunce dopadající na zemský povrch a atmosféru. Dlouhovlnná délka záření je emitována z povrchu a téměř zcela absorbována do atmosféry. V tepelné rovnováze je absorbovaná energie z atmosféry stejná jako ta vydávaná do vesmíru. Čísla ukazují výkon záření ve wattech na metr čtvereční v období let 2000-2005.

Skleníkový efekt, také zvaný skleníkový jev je proces, kterým záření atmosféry planety ohřívá povrch planety na teplotu vyšší, než by měla bez atmosféry.[1] [2]

Pokud atmosféra planety obsahuje zářivě aktivní plyny (tj. skleníkové plyny ), budou vyzařovat energii ve všech směrech. Část tohoto záření míří směrem k povrchu a otepluje ho.[3] Intenzita záření - tedy síla skleníkového efektu - závisí na teplotě atmosféry a na množství skleníkových plynů, které atmosféra obsahuje.

Přirozený skleníkový efekt Země je rozhodující pro zachování života. Lidská činnost, především spalování fosilních paliv a kácení lesů, zesílily skleníkový efekt a způsobily globální oteplování.[4]

Pojem "skleníkový efekt" vznikl z chybné analogie s účinkem slunečního světla, které prochází sklem a ohřívá skleník. Způsob, jakým skleník zachovává teplo, je však zásadně odlišný, protože skleník pracuje většinou snížením proudu vzduchu tak, aby se zachoval teplý vzduch uvnitř.[2][5][6]

Historie[editovat | editovat zdroj]

Existenci skleníkového efekt v roce 1824 předpověděl francouzský fyzik a matematik Joseph Fourier. Argument a důkazy byly dále v letech 1827 a 1838 podpořeny francouzským fyzikem Claudem Pouilletem a odůvodněny experimentálními pozorováními irského fyzika Johna Tyndalla v roce 1859, který změřil radiační vlastnosti určitých skleníkových plynů.[7] Účinek byl plně vyčíslen v roce 1896 švédským vědcem Svantem Arrheniusem, který provedl první kvantitativní odhad globálního oteplování následkem hypotetického zdvojnásobení atmosférického oxidu uhličitého.[8] Žádný z těchto vědců však nepoužil termín "skleníkový efekt"; ten byl v tomto významu poprvé použit švédským meteorologem Nilsem Gustafem Ekholmem v 1901.[9][10]

Mechanismus[editovat | editovat zdroj]

Země přijímá energii ze Slunce v podobě ultrafialového, viditelného a blízkého infračerveného záření. Asi 26 % přicházející sluneční energie se atmosférou a mraky odráží zpátky do vesmíru a 19 % energie atmosféra a mraky absorbuje. Většina zbývající energie je absorbována na povrchu Země. Vzhledem k tomu, že povrch Země je chladnější než Slunce, vyzařuje na vlnových délkách, které jsou mnohem delší než vlnové délky, které byly absorbovány. Většina tohoto tepelného záření (od Země) je absorbována atmosférou a ohřívá ji. Atmosféra také získává teplo na ohřátí vzduchu a latentní teplo proudící z povrchu. Atmosféra vyzařuje energii jak nahoru, tak dolů; část vyzařovaná dolů je absorbována povrchem Země. To vede k vyšší rovnovážné teplotě, než kdyby atmosféru neměla.

Spektrum slunečního záření pro přímé světlo na horní hranici zemské atmosféry i na hladině moře

Ideální tepelně vodivé černé těleso ve stejné vzdálenosti od Slunce jako Země by mělo teplotu kolem 5,3 °C. Vzhledem k tomu, že Země odráží přibližně 30 %[11][12] přicházejícího slunečního světla, tak by tato efektivní teplota ideální planety (teplota černého těla, která by vyzařovala stejné množství záření) byla asi -18 °C.[13][14] Povrchová teplota této hypotetické planety je o 33 °C nižší než aktuální teplota povrchu Země, která je přibližně 14 °C.[15]

Základní mechanismus lze být kvalifikován mnoha způsoby, z nichž žádný neovlivňuje základní proces. Atmosféra v blízkosti povrchu je převážně neprůhledná pro tepelné záření (s důležitými výjimkami pro "průhledné" pásy) a většina tepelných ztrát z povrchu je vlastním teplem a skupenským přenosem tepla. Radiační energetické ztráty jsou v atmosféře stále důležitější, především kvůli klesající koncentraci vodní páry, která je důležitým skleníkovým plynem. Je mnohem realističtější myslet na to, že skleníkový efekt se vztahuje na "povrch" ve střední části troposféry, která je účinně spojena s povrchem teplotním gradientem. Jednoduchý obraz také předpokládá ustálený stav, ale v reálném světě existují odchylky v důsledku denního cyklu, stejně jako sezónního cyklu a povětrnostních poruch. Solární ohřev se uplatňuje pouze během dne. Během noci se atmosféra trochu ochlazuje, ale ne velice, protože její emisivita je nízká. Denní kolísání teploty se snižuje s výškou v atmosféře.

V oblasti, kde jsou důležité radiační účinky, se popis, který je daný idealizovaným skleníkovým modelem, stává realistickým. Zemský povrch, ohřátý na teplotu okolo 255 K (-18 ℃), vyzařuje dlouhovlnné, infračervené teplo v rozmezí 4-100 μm.[16] Při těchto vlnových délkách jsou skleníkové plyny, které byly převážně průhledné pro příchozí sluneční záření, více absorpční.[16] Každá vrstva atmosféry se skleníkovými plyny pohlcuje část tepla vyzařované nahoru ze spodních vrstev. Probíhá opakování ve všech směrech, jak nahoru, tak dolů; v rovnováze (podle definice) je to stejné množství, jaké se absorbovalo. To má za následek větší teplotu dole. Zvýšení koncentrace plynů zvyšuje množství absorpce a opětovné záření, čímž dále ohřívá vrstvy a nakonec i povrch pod nimi.[14]

Skleníkové plyny - včetně většiny dvoumolekulových atomů plynů se dvěma různými atomy (jako je oxid uhelnatý, CO) a všechny plyny se třemi nebo více atomy - jsou schopny absorbovat a vyzařovat infračervené záření. Ačkoli více než 99 % suché atmosféry je pro infračervené záření průhledné (protože hlavní složky - N2, O2 a argon - nejsou schopny přímo absorbovat nebo vyzařovat infračervené záření), mezimolekulové srážky způsobují, že energie pohlcovaná a vyzařovaná skleníkovými plyny je sdílena s ostatními plyny, které nejsou aktivní v infračervené oblasti.

Skleníkové plyny[editovat | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete v článku Skleníkové plyny.

Podle jejich procentního podílu na skleníkovém efektu na Zemi jsou čtyři hlavní plyny:[17][18]

Atmosférické plyny absorbují pouze některé vlnové délky energie, ale jsou průhledné ostatním. Absorpční vzory vodní páry (modré vrcholy) a oxidu uhličitého (růžové špičky) se překrývají na některých vlnových délkách. Oxid uhličitý není jako skleníkový plyn tak silný jako vodní pára, ale absorbuje energii na delších vlnových délkách (12-15 mikrometrů), které vodní pára nevede, částečně uzavře "okno", kterým by teplo vyzařované povrchem normálně uniklo do prostoru. (Ilustrace NASA, Robert Rohde)[19]

Každému plynu nelze přiřadit přesné procento, protože absorpční a emisní pásy plynů se překrývají (proto jsou výše uvedeny rozsahy). Mraky také absorbují a vyzařují infračervené záření a tím ovlivňují radiační vlastnosti atmosféry.[18]

Role ve změně klimatu[editovat | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete v článku Globální oteplování.
Keelingova křivka křivka koncentrací CO2 v atmosféře naměřená na observatoři Mauna Loa

Zesílení skleníkového efektu prostřednictvím lidské činnosti je známo jako zvýšený (nebo antropogenní) skleníkový efekt.[20] Tento nárůst radiačního působení z lidské činnosti je důsledkem zejména zvýšení úrovně oxidu uhličitého v atmosféře.[21] Podle nejnovější hodnotící zprávy Mezivládního panelu o změně klimatu "atmosférické koncentrace oxidu uhličitého, metanu a oxidu dusného jsou za posledních 800 000 letech bezprecedentní. Jejich účinky společně s jinými antropogenními silami byly zjištěny v celém klimatickém systému a je velmi pravděpodobné, že byly dominantní příčinou pozorovaného oteplování od poloviny 20. století. "[22]

CO2 vzniká spalováním fosilních paliv a dalšími činnostmi, jako je výroba cementu a odlesňování tropů.[23] Měření CO2 na observatoři Mauna Loa na Hawai ukazuje, že koncentrace se od roku 1960 zvýšily z přibližně hodnoty 313 ppm na[24] na přibližně 389 ppm v roce 2010. Dne 9. května 2013 dosáhly koncentrace milníku 400 ppm.[25] Současné zjištěné množství CO2 překračuje maximální hodnoty geologických záznamů (~ 300 ppm) z údajů ledových vrtných jader (ledové vývrty).[26] Účinek oxidu uhličitého vzniklého spalováním na globální klima, zvláštní případ skleníkového efektu, poprvé popsaný v roce 1896 Svantem Arrheniusem, se také nazývá Callendarův účinek.

Údaje z ledových vrtných jader z uplynulých 800 000 let[27] ukazují, že koncentrace oxidu uhličitého se pohybovala od hodnot od 180 ppm do před industriální úrovně 270 ppm.[28] Paleoklimatologové považují změny v koncentraci oxidu uhličitého za zásadní faktor ovlivňující změny klimatu v tomto časovém měřítku.[29][30]

Skutečný skleník[editovat | editovat zdroj]

Moderní skleník v anglické vesnici Wisley

"Skleníkový efekt" atmosféry je pojmenován analogicky k skleníkům, které se za slunečního záření stávají teplejšími. Skleník však primárně neohřívá "skleníkový efekt".[31] "Skleníkový efekt" je ve skutečnosti nesprávným názvem, jelikož vytápění v běžném skleníku je způsobeno snížením konvekce[32] zatímco "skleníkový efekt" funguje tak, že brání absorbovanému teplu opouštět strukturu radiačním přenosem.

Skleník je vybudován z jakéhokoliv materiálu, kterým prochází sluneční světlo, obvykle ze skla nebo plastu. Slunce ohřívá zem a obsah uvnitř stejně jako venku, které pak ohřívá vzduch. Venku se teplý vzduch v blízkosti povrchu zvedá a mísí se s chladnějším vzduchem, udržuje teplotu nižší než uvnitř, kde se vzduch nadále zahřívá, protože je omezen na skleník. To lze dokázat otevřením malého okna v blízkosti střechy skleníku: teplota začne výrazně klesat. Experimentálně bylo demonstrováno (Robertem Woodem v roce 1909), že (nevyhřívaný) "skleník" pokrytý horninovou solí, halitem, (který je průhledný vůči infračervenému záření) se ohřívá podobně jako jiný, zakrytý sklem.[6] Takto skleníky fungují především tím, že zabraňují konvektivnímu ochlazování.[5]

Vyhřívané skleníky jsou další záležitostí, které mají vnitřní zdroj tepla, které chce uniknout ven, čemuž se musí zabránit. Dává tedy smysl se pokusit zabránit radiačnímu ochlazení pomocí vhodného zasklení.[33]

Související efekty[editovat | editovat zdroj]

Protiskleníkový efekt[editovat | editovat zdroj]

Protiskleníkový efekt je mechanismus podobný a symetrický vůči skleníkovému efektu: skleníkový efekt se týká atmosféry, která propouští záření, aniž by dovoloval tepelné vyzařování, které ohřívá povrch těla; anti-skleníkový efekt je kolem atmosféry, která neumožňuje záření a zároveň umožňuje tepelné vyzařování, čímž se snižuje rovnovážná povrchová teplota. Takový účinek se uvádí o saturnově měsíci Titanu.[34]

Skrytý skleníkový efekt[editovat | editovat zdroj]

Skrytý skleníkový efekt nastane, pokud kladná zpětná vazba vede k vypařování všech skleníkových plynů do atmosféry.[35] O skrytém skleníkovém efektu, který zahrnuje oxid uhličitý a vodní páru, se již dlouho předpokládá, že nastal na Venuši.[36]

Tělesa jiné než Země[editovat | editovat zdroj]

Skleníkový efekt na Venuši je zvláště velký, protože jeho hustá atmosféra se skládá především z oxidu uhličitého.[37] "Venuše v minulosti zažila skleníkový efekt a očekáváme, že na Zemi bude efekt trvat asi 2 miliardy let, jak se zvyšuje sluneční záření."[38]

Titan má protiskleníkový efekt, protože jeho atmosféra pohlcuje sluneční záření, ale je poměrně průhledná pro odchozí infračervené záření.

Trpasličí planeta Pluto je také chladnější, než by se dalo očekávat, protože ho ochlazuje odpařování dusíku.[39]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Greenhouse effect na anglické Wikipedii.

  1. Annex II Glossary [online]. Intergovernmental Panel on Climate Change [cit. 2010-10-15]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. a b A concise description of the greenhouse effect is given in the Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report, "What is the Greenhouse Effect?" FAQ 1.3 – AR4 WGI Chapter 1: Historical Overview of Climate Change Science, IIPCC Fourth Assessment Report, Chapter 1, page 115: "To balance the absorbed incoming [solar] energy, the Earth must, on average, radiate the same amount of energy back to space. Because the Earth is much colder than the Sun, it radiates at much longer wavelengths, primarily in the infrared part of the spectrum (see Figure 1). Much of this thermal radiation emitted by the land and ocean is absorbed by the atmosphere, including clouds, and reradiated back to Earth. This is called the greenhouse effect."
    Stephen H. Schneider, in Geosphere-biosphere Interactions and Climate, Lennart O. Bengtsson and Claus U. Hammer, eds., Cambridge University Press, 2001, ISBN 0-521-78238-4, pp. 90–91.
    E. Claussen, V. A. Cochran, and D. P. Davis, Climate Change: Science, Strategies, & Solutions, University of Michigan, 2001. p. 373.
    A. Allaby and M. Allaby, A Dictionary of Earth Sciences, Oxford University Press, 1999, ISBN 0-19-280079-5, p. 244.
  3. Vaclav Smil (2003). The Earth's Biosphere: Evolution, Dynamics, and Change. MIT Press, 107. ISBN 978-0-262-69298-4. 
  4. IPCC AR4 WG1(2007), Solomon, S.; Qin, D.; Manning, M.et al., eds.,, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-88009-1, http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-1-3.html  (pb: 978-0-521-70596-7)
  5. a b Schroeder, Daniel V. (2000). An introduction to thermal physics. San Francisco (Kalifornie, USA): Addison-Wesley, 305–7. ISBN 0-321-27779-1. “... this mechanism is called the greenhouse effect, even though most greenhouses depend primarily on a different mechanism (namely, limiting convective cooling).” 
  6. a b Wood, R.W. (1909).  "Note on the Theory of the Greenhouse". Philosophical Magazine 17: 319–320. doi:10.1080/14786440208636602.“When exposed to sunlight the temperature rose gradually to 65 °C., the enclosure covered with the salt plate keeping a little ahead of the other because it transmitted the longer waves from the Sun, which were stopped by the glass. In order to eliminate this action the sunlight was first passed through a glass plate." "it is clear that the rock-salt plate is capable of transmitting practically all of it, while the glass plate stops it entirely. This shows us that the loss of temperature of the ground by radiation is very small in comparison to the loss by convection, in other words that we gain very little from the circumstance that the radiation is trapped.” 
  7. John Tyndall, Heat considered as a Mode of Motion (500 stran, rok 1863, 1873) (anglicky)
  8.  "Water Vapor Feedback and Global Warming"(in anglicky)(Nov 2000). Annual Review of Energy and the Environment 25: 441–475. Annual Reviews. doi:10.1146/annurev.energy.25.1.441. 
  9. Who first coined the term "Greenhouse Effect"? [online].[cit. 2015-11-11]. Dostupné online. (anglicky) 
  10. Ekholm N (1901).  "On The Variations Of The Climate Of The Geological And Historical Past And Their Causes". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 27: 1–62. doi:10.1002/qj.49702711702. Bibcode1901QJRMS..27....1E. 
  11. NASA Earth Fact Sheet [online]. Nssdc.gsfc.nasa.gov [cit. 2010-10-15]. Dostupné online. (anglicky) 
  12. Introduction to Atmospheric Chemistry, by Daniel J. Jacob, Princeton University Press, 1999. Chapter 7, "The Greenhouse Effect" [online]. Acmg.seas.harvard.edu [cit. 2010-10-15]. Dostupné online. (anglicky) 
  13. Solar Radiation and the Earth's Energy Balance [online]. Eesc.columbia.edu [cit. 2010-10-15]. Dostupné online. (anglicky) 
  14. a b Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report. Chapter 1: Historical overview of climate change science, strana 97
  15. Prchavá "absolutní teplota povrchu vzduchu", viz GISS diskuse
  16. a b Mitchell, John F. B. (1989).  "THE "GREENHOUSE" EFFECT AND CLIMATE CHANGE". Reviews of Geophysics 27 (1): 115–139. American Geophysical Union. doi:10.1029/RG027i001p00115. Bibcode1989RvGeo..27..115M. 
  17. Water vapour: feedback or forcing? [online]. RealClimate, 6 April 2005 [cit. 2006-05-01]. Dostupné online. (anglicky) 
  18. a b Kiehl, J. T. (February 1997).  "Earth's Annual Global Mean Energy Budget"(PDF). Bulletin of the American Meteorological Society 78 (2): 197–208. doi:10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2. ISSN 1520-0477. Bibcode1997BAMS...78..197K. 
  19. NASA: Climate Forcings and Global Warming [online]. January 14, 2009. Dostupné online. (anglicky) 
  20. Enhanced greenhouse effect — Glossary [online]. Australian Academy of Scihuman impact on the environment, 2006. Dostupné online. (anglicky) 
  21. Enhanced Greenhouse Effect [online]. Ace.mmu.ac.uk [cit. 2010-10-15]. Dostupné online. (anglicky) 
  22. IPCC Fifth Assessment Report IPCC Fifth Assessment Report : Summary for Policymakers (str. 4) (anglicky)
  23. Čtvrtá hodnotící zpráva IPCC, Zpráva pracovní skupiny I "Fyzikální základy "], kapitola 7 (anglicky)
  24. Atmospheric Carbon Dioxide – Mauna Loa [online]. NOAA. Dostupné online. (anglicky) 
  25. "Climate Milestone: Earth’s CO2 Level Passes 400 ppm", 2013-05-12. 
  26. Hansen J. (February 2005).  "A slippery slope: How much global warming constitutes "dangerous anthropogenic interference"?". Climatic Change 68 (333): 269–279. doi:10.1007/s10584-005-4135-0. 
  27. "Deep ice tells long climate story", BBC News, 2006-09-04. Ověřeno k 2010-05-04. 
  28. Hileman B (2005-11-28).  "Ice Core Record Extended". Chemical & Engineering News 83 (48). 
  29. Bowen, Mark; Thin Ice: Unlocking the Secrets of Climate in the World's Highest Mountains; Owl Books, 2005. (anglicky)
  30. Změna teploty a změna oxidu uhličitého, US National Oceanic and Atmospheric Administration
  31. Brian Shmaefsky (2004). Favorite demonstrations for college science: an NSTA Press journals collection. NSTA Press, 57. ISBN 978-0-87355-242-4. 
  32.  (1992) Physics of climate. New York: American Institute of Physics. ISBN 0-88318-711-6. “...the name water vapor-greenhouse effect is actually a misnomer since heating in the usual greenhouse is due to the reduction of convection” 
  33. Energy Effects During Using the Glass With Different Properties in a Heated Greenhouse, Sławomir Kurpaska, Technical Sciences 17 (4), 2014, 351-360 (anglicky)
  34. Titan: Greenhouse and Anti-greenhouse :: Astrobiology Magazine – earth science – evolution distribution Origin of life universe – life beyond :: Astrobiology is study of earth [online]. Astrobio.net [cit. 2010-10-15]. Dostupné online. (anglicky) 
  35. Kasting, James F. (1991). "Runaway and moist greenhouse atmospheres and the evolution of Earth and Venus.". Planetary Sciences: American and Soviet Research/Proceedings from the U.S.-U.S.S.R. Workshop on Planetary Sciences: 234–245, Commission on Engineering and Technical Systems (CETS). Retrieved on 9 April 2017. 
  36.  "The Runaway Greenhouse and the Accumulation of CO2 in the Venus Atmosphere"(Jun 1970). Nature 226 (5250): 1037–1039. doi:10.1038/2261037a0. ISSN 0028-0836. PMID 16057644. Bibcode1970Natur.226.1037R. 
  37.  "The greenhouse and antigreenhouse effects on Titan"(in anglicky)(1991). Science 253 (5024): 1118–1121. doi:10.1126/science.11538492. PMID 11538492. 
  38. Goldblatt, Colin a Andrew J. Watson. "RThe Runaway Greenhouse: Implications for Future Climate Change, Geoengineering and Planetary Atmospheres." Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, sv. 370, č. 1974, 2012, str. 4197-4216 JSTOR, JSTOR, www.jstor.org/stable/41582871.
  39. Pluto Colder Than Expected [online]. SPACE.com, 2006-01-03 [cit. 2010-10-15]. Dostupné online. (anglicky) 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Businger, Joost Alois; Fleagle, Robert Guthrie. An introduction to atmospheric physics. 2. vyd. San Diego: Academic, 1980. (International geophysics series). ISBN 0-12-260355-9. (anglicky) 
  • Henderson-Sellers, Ann; McGuffie, Kendal. A climate modelling primer. 3. vyd. New York: Wiley, 2005. ISBN 0-470-85750-1. (anglicky) 
  • VÍDEN, Ivan. Chemie ovzduší [online]. 1. vyd. Praha: VŠCHT, 2005 [cit. 2017-02-10]. Kapitola 14 Skleníkový efekt, s. 90-97 z 98. Dostupné online. ISBN 80-7080-571-4. 

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]