Skleníkový efekt

Skleníkový efekt je názov pre jav spočívajúci v ohriatí nižších vrstiev atmosféry v dôsledku toho, že atmosféra cez deň prepúšťa krátkovlnné slnečné žiarenie k zemskému povrchu a v noci pomerne efektívne pohlcuje dlhovlnné žiarenie Zeme a otepľuje sa. Podobný úkaz možno pozorovať v skleníkoch, odtiaľ pochádza názov. Tepelné žiarenie s väčšou vlnovou dĺžkou spätne vyžarované z povrchu planéty Zem účinne absorbuje a bráni tak jeho okamžitému úniku do priestoru vesmíru. Na ostatných nebeských telesách s atmosférou (napr. Titan, Mars, Venuša) tiež prebieha skleníkový efekt. Pre zjednodušenie sa však zvyšok tohto článku vzťahuje predovšetkým k Zemi.
Skleníkový efekt sa vyskytuje prirodzene na Zemi už od jej vzniku. Bez výskytu skleníkových plynov by priemerná teplota pri povrchu Zeme (určovaná len radiačnou bilanciou) bola −18 °C a nie 14 °C koľko je globálny priemer dnes. Skleníkový efekt je teda nevyhnutným predpokladom života na Zemi.
Antropogénny skleníkový efekt je označenie pre príspevok ľudskej činnosti k skleníkovému efektu. Je spôsobený spaľovaním fosílnych palív, výrubom lesov a globálnymi zmenami krajiny. Antropogénny skleníkový efekt prispieva ku globálnemu otepľovaniu. Napriek tomu, že väčšina vedcov považuje vplyv ľudského konania na klímu za dokázaný. Predmetom sporu je miera tohto vplyvu.
Skleníkové plyny.
Vodné pary (H2O) spôsobujú asi 60 % prirodzeného zemského skleníkového efektu. Ostatné plyny ovplyvňujúce tento efekt sú oxid uhličitý (CO2) (okolo 26 %), metán (CH4), oxid dusný (N2O) a ozón (O3) (asi 8 %). Spoločným názvom im hovoríme skleníkové plyny.
Vlnové dĺžky svetla absorbovaného plynmi je možné určiť pomocou kvantovej mechaniky, podľa vlastností molekúl rôznych plynov. Je prakticky pravidlom, že heteronukleárne dva-, tri- a viacatómové molekuly plynov silne absorbujú v infračervenej oblasti, zatiaľ čo homonukleárne dvojatómové molekuly nie. To je dôvodom, prečo H2O a CO2 sú skleníkovými plynmi, zatiaľ čo hlavné zložky atmosféry (N2 a O2) nie.
Efekt rôznych plynov.
Je veľmi ťažké oddeliť percentuálne príspevky jednotlivých plynov ku skleníkovému efektu, pretože pohlcované infračervené spektrum rôznych plynov sa prekrýva. Avšak je možné spočítať percentá z pohlteného žiarenia a zistiť:
Efekt vodných pár.
Vodné pary najviac prispievajú k zemskému skleníkovému efektu. Vplyv vodných pár sa líši podľa miestnej koncentrácie, zmesi s inými plynmi, frekvencie svetla, odlišného chovania v rôznych vrstvách atmosféry a podľa toho, či sa uplatňuje pozitívna nebo negatívna spätná väzba. Vysoká vlhkosť spôsobuje formovanie oblačnosti, ktorá silno ovplyvňuje teplotu, ale odlišným spôsobom než vodné pary.
IPCC TAR (2001; kapitola 2.5.3) hovorí, že navzdory nerovnomerným vplyvom a rozdielom pri získavaní kvalitných dát je možné povedať, že obsah vodných pár sa v priebehu 20. storočia všeobecne zvýšil.
Odhady percentného množstva zemského skleníkového efektu spôsobeného vodnými parami od rôznych autorov sa značne líši:
Vrátane mrakov predpokladá tabuľka hore 50 %. V bezmračnom prípade predpokladá IPCC 1990 (strana 4748) zhruba 6070 %, zatiaľ čo Baliunas &amp; Soon 88 %, uvažujúci len H2O a CO2. V teoretickom prípade, keby by sa v atmosfére nenachádzali iné skleníkové plyny, odhaduje Richard Lindzen 98 %.
Vodné pary v troposfére, na rozdiel od dobre známych skleníkových plynov ako CO2, sú vzhľadom ku klíme v podstate pasívne: pobyt vodných pár v atmosfére je krátky (asi týždeň), takže výkyvy v obsahu vodných pár sa pomerne rýchlo vyrovnávajú. Oproti tomu, životné cykly CO2, metánu, atď. sú dlhé (stovky rokov) a preto výkyvy oproti normálu pretrvávajú. Ak sa teda, v reakcii na teplotný výkyv spôsobený zvýšením obsahu CO2, zvýši obsah vodných pár, pozorujeme (limitovanú) pozitívnu spätnú väzbu a vyššie teploty. V reakcii na zvýšený výskyt vodných pár by malo dôjsť v atmosfére k novej rovnováhe vďaka zvýšenej tvorbe oblačnosti, ktorá spôsobuje ochladenie vďaka zvýšenej odrazivosti a odstraňovaniu vodných pár z atmosféry dažďom. Zdá sa, že kondenzačné stopy vysoko letiacich lietadiel občas spôsobujúce formovanie oblačnosti mierne ovplyvňujú miestne počasie.
Obmedzujúce faktory.
Pri vytváraní modelu skleníkového efektu atmosféry planéty je treba zobrať do úvahy tiež interakciu s ďalšími procesmi vytvárajúcimi spätnoväzbové cykly. Venuša je zohrievaná Slnkom tak silno, že jej voda zmizla a oxid uhličitý nie je znovu absorbovaný planetárnou kôrou. Následkom toho skleníkový efekt výrazne zintenzívnel pozitívnou spätnou väzbou. Na Zemi existuje významná hydrosféra a biosféra reagujúca na vyššie teploty rýchlejším pohlcovaním oxidu uhličitého (v geologickom meradle – časové meradlo, v ktorom oceán a biosféra odstraňujú výkyvy CO2, sa pohybuje v niekoľkých stovkách rokov). Prítomnosť tekutej vody limituje zvyšovanie skleníkového efektu negatívnou spätnou väzbou. Predpokladá sa, že tieto pomery trvajú už mnoho stoviek miliónov rokov, pretože inak ak by vplyvom zvyšovania teploty starnúceho Slnka došlo k prekonaniu tohto regulačného efektu, bol by život na Zemi už dávno zničený.
Atmosféra Venuše bohatá na oxid uhličitý vytvára extrémne silný skleníkový efekt zdvíhajúci teplotu povrchu až za bod topenia olova, zvyšovanie teploty povrchu atmosférou Zeme umožňuje jej obývateľnosť, v porovnaní s planétou Mars je skleníkový efekt riedkej atmosféry len minimálny.
Súvislosť s globálnym otepľovaním.
Už koncom 19. storočia vypočítal švédsky bádateľ Svante Arrhenius, ktorý za svoje chemické objavy získal v roku 1903 Nobelovu cenu, že keby sa koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére zdvojnásobila, jej teplota by sa mohla zdvihnúť až o 5 °C a odvodil súvislosť medzi jeho poklesmi a výskytom dôb ľadových. Podľa poslednej hodnotiacej správy Medzivládneho panelu pre zmenu klímy „väčšina pozorovaného nárastu priemernej globálnej teploty od polovice 20. storočia je veľmi pravdepodobne spôsobená nárastom koncentrácie antropogénnych skleníkových plynov.“
V priebehu posledných 650 000 rokov sa koncentrácia oxidu uhličitého pohybovala od 180 ppm do 270 ppm. V roku 1960 dosiahla cca 313 ppm a v polovici roku 2021 asi 419 ppm.