Üvegházhatás Készítők: Bánfi András, Keresztesi Martin, Molos Janka, Kopányi Vanda Amikor a Napból a Föld légkörébe behatoló sugárzás a Föld felszínéről visszaverődik, az energia nem jut vissza maradéktalanul a világ Föld felszínén a hőmérséklet átlagosan körülbelül 15 Celsiusfok. Az üvegházhatású gázok elnyelik és a légkörben fogva tartják a visszasugárzó fény. Sokan láttak már fóliasátrat, amely alatt friss zöldségeket termesztenek, holott kívül hűvös kora tavaszi időjárás uralkodik. Máshol ehhez üvegházat használnak, de a működési elv ugyanaz. Az üveg és a fólia optikai tulajdonságai ugyanis sok tekintetben hasonlóak. Ez utóbbi azonban nem, vagy csak alig tud áthatolni a fólián vagy az üvegen, ezért az energiája csapdába kerül, bent marad a fóliasátorban vagy az üvegházban és a belső teret melegíti. Hasonlóan működik a Föld üvegháza is, csakhogy itt a fóliát vagy az üveget a Földet körülvevő, beborító levegő réteg, vagyis az atmoszféra helyettesíti. Ezáltal jön létre az a kellemes klíma, amely a bolygónkat alkalmassá teszi az emberi életre. Maga az üvegház effektus tehát önmagában hasznos, nélküle a Föld fagyott bolygó lenne, és nem volna lehetséges rajta emberi élet. A földi üvegház optimális állapotát kényes egyensúly tartja fenn. Ha ez az egyensúly megbomlik, olyan mértékű klímaváltozás is bekövetkezhet, amely veszélybe sodorhatja az emberiséget. Az éghajlati egyensúly kapcsolatban van a Föld felszínének éves átlagos hőmérsékletével, amely attól függ, hogy egyensúlyban van-e egyfelől a Földre beérkező és a Földön termelődő hőenergia, másfelől a Földről a világűrbe kiáramló hőenergia mennyisége, más szóval, hogy optimális mértékű-e a bolygónk hűtése. A Földet túlnyomórészt a Nap melegíti, de ehhez hozzá adódik az a hőenergia is, ami a Föld belsejében zajló radioaktív bomlásokból, vulkáni tevékenységből, erdőtüzekből, és egyéb természetes hő termelő folyamatokból származik, továbbá az a hőenergia is, amelyet az emberi tevékenység termel. A napból érkező besugárzás és a Földről a világűr felé haladó kisugárzás egyaránt a légkörön halad át, amely bizonyos sugárzásokat átereszt, másokat elnyel, visszaver, vagy szétszór. Atmoszférikus ablaknak nevezik azokat a hullámhossz tartományokat, amelyekben a légkör áteresztő képessége magas. A mintegy 6000 fok felszíni hőmérsékletű napból a Földet elérő besugárzás teljesítménye négyzetméterenként kb. 1,3 1,4 kilowatt körül van. Ennek kb. 60-70%-a a 0,4-1,3 mikron közötti hullámhossz tartományú atmoszférikus ablakon keresztül eljut a Föld felszínére, amely a sugárzás kb. 30%-át visszaveri, 70%-át elnyeli. Ettől a felszín felmelegszik és hőmérsékleti sugárzást bocsát ki a szemmel láthatatlan infravörös tartományban. Az infravörös kisugárzás kb. 60-70%-a a 7,5-14 mikron közötti atmoszférikus ablakon át kijut a világűrbe, a többit azonban az atmoszféra elnyeli, majd ennek jelentős részét visszasugározza a felszínre. A visszasugárzott hőenergia eredménye az üvegházhatás, vagyis egy járulékos melegedés az atmoszféramentes állapothoz képest. A Földön az átlagos éves középhőmérséklet +16 C körül van. Ha nem volna üvegház, de a felszín elnyelési tulajdonságai nem változnának, az átlagos hőmérséklet csak 18 C lenne. Az üvegház stabilitása, optimális energetikai egyensúlya ezért létfontosságú a bioszférát benépesítő élőlények szempontjából.
Az egyensúly kisebb mértékű megbomlása esetén természetes önszabályozó folyamatok negatív visszacsatolások gondoskodnak az egyensúly helyreállításáról. Az egyensúlyi állapot nagyobb mértékű megbomlása esetén azonban a negatív visszacsatolások helyett önmagát rohamosan felerősítő láncreakciószerű folyamat (pozitív visszacsatolás) alakulhat ki. Ha például az üvegház hatás csökkenne, a hőmérséklet is csökkenne, több víz fagyna meg, és mivel a jég és hó sok fényt ver vissza, ez tovább gyorsítaná a lehűlést. Lehetséges, hogy a Marson egykor sűrű légkör és folyékony víz volt, de üvegháza meggyengült és a víz, majd a levegőben lévő széndioxid megfagyott, a maradék levegő jelentős része pedig a világűrbe elillant. A Marson az átlagos hőmérséklet 60 C, de éjszakánként ez 150 C alá süllyedhet. Az üvegházi egyensúly ellenkező irányban is felborulhat. Ha ugyanis az üvegház hatás erősödik, a víz fokozott párolgása miatt a levegő páratartalma növekszik és mivel a vízgőz jó infravörös elnyelő, a melegedés erősíti önmagát. Talán hasonló módon vált forró bolygóvá a Vénusz, ahol az átlagos hőmérséklet +460 C, habár ez üvegház nélkül csak +22 C lenne. Bár az üvegházi egyensúly elvileg mindkét irányban felborulhat, jelenleg a Földön a melegedési típusú egyensúlyvesztés jelenti a nagyobb kockázatot. A Földön az üvegházhatást a légkörben lévő infravörös elnyelő vegyületek okozzák. A főleg természetes eredetű ilyen anyagok közül a legfontosabbak a széndioxid, a vízgőz, a metán és az ózon. Egyes üvegház gázok azonban, mint például a dinitrogénoxid és freon, az emberi tevékenység következményei. Ha 100%-nak tekintjük azt az energia mennyiséget, amely a sztratoszférában vagyis a 10 km feletti légköri rétegekben az infravörös sugárzásból elnyelődik, akkor a különböző gázok által képviselt infravörös elnyelési hányad hozzávetőlegesen a következő: széndioxid kb. 66%, metán kb. 20%, ózon kb. 8%, dinitrogénoxid, freon, és egyéb ipari eredetű gázok összesen kb. 6%. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a felsorolt komponensek ilyen megoszlásban vannak jelen a sztratoszférában, ugyanis a különféle vegyületek infravörös elnyelő képessége jelentősen eltér. Azonos térfogatú, nyomású és hőmérsékletű gázok esetén például az ózon kb. 2.000-szer, a freon mintegy 15.000-szer, a dinitrogénoxid pedig csaknem 300-szor hatékonyabb infravörös elnyelő, mint a széndioxid. Ámde a széndioxid sokkal nagyobb koncentrációban van jelen, ezért ez alkotja a sztratoszféra infravörös elnyelő képességének legnagyobb részét. Ez az oka annak, hogy a nemzetközi egyezmények elsősorban a széndioxid kibocsátás korlátozásra irányulnak, mert ezen keresztül lehet a leghatékonyabban megfékezni a globális melegedési tendenciát hőenergiát űrbe, mert egy részét nem engedi ki a légkörből. Az üvegházhatás okai i a légkör. Az üvegházhatás okai
Az emberi tevékenység lokális klímaváltozást tud előidézni. Egyre több bizonyítékunk van azonban arra is, hogy az erdőirtás és az emberi tevékenységek által a levegőbe kerülő bizonyos szennyező anyagok globális klímaváltozást okoznak. A Föld atmoszférájának hőmérsékletét nagymértékben befolyásolják azok a természetes és antropogén tényezők, amelyek az atmoszférán áthaladó napsugárzás mennyiségét és minőségét határozzák meg. Az üvegházhatás: a Földet burkoló légtakaró a napfény rövid hullámhosszú (nagy energiájú) sugárzását átereszti, a földfelszínt melegíti. Az innen kilépő hosszú hullámhossz-tartományú, alacsony energiájú hősugárzást az atmoszférában található ún. üvegházhatású gázok abszorbeálják. (Atmoszféra nélkül T=255 K lenne, ma az átlaghőmérséklet 288 K.) A globális hőmérséklet növekedése a légköri CO2-koncentráció fokozatos emelkedése következtében egyes szakemberek szerint még nem bizonyított tény. Mások szerint azonban a globális energiamérleget drámai módon befolyásolja az üvegházhatású gázok (1. táblázat) koncentrációjának változása az atmoszférában, és ez a változás kb. az 1950-es években kezdődött (15, 16, 17. Az üvegházhatás globális klímaváltozáshoz vezethet. Számítógépes szimulációs
programokkal próbálják a kutatók előrevetíteni a hőmérséklet emelkedésének hatásait a Földön (17. ábra). A nagy változásokat nagy bizonyossággal meg lehet jósolni, bár sok tényező változhat még. Ilyenek a népességnövekedés és az iparosodás mértéke, valamint az áttérés a megújuló energiaforrásokra ábra). Az egyik nagy hatása lehet a klímaváltozásnak a tengerszint megemelkedése. Ennek változása világszerte kritikus helyzetbe fogja hozni a tengerparti városokat. Ma a világ populációjának több mint fele lakik tengerparti városokban. A városok között legnagyobb veszélyben pl. Miami, New Orleans, Bangkok, Hamburg, London, Shanghai, Sydney és Alexandria van. Az Egyesült Államokban a populációnak több mint fele az óceán egy 83 km-es parti sávjában él. A becsült 2 C-os növekedéshez tartozó látszólag kis tengerszint növekedés elárasztaná a part menti területeket az alacsony fekvésű mezőket, legelőket és városokat (18. ábra). A tengerszint-emelkedés a viharok károkozását is megnövelné. A hurrikánok által korbácsolt hullámok ugyanis beljebb söpörnének a szárazföldön mint ma, több várost és otthont károsítva. Nagyon sok ember kellene elköltözzön mai otthonából, és a városoknak falakat kellene emelniük a víz visszaszorítására, vagy pedig fokozatosan magasabban fekvő területekre kellene vissza. Gyorsabb ütemben fog a vadon élő állat- és növényállomány csökkenni, a csökkenő szárazföldi területek miatt. A fejlődő országok nemzetei ugyancsak iszonyatos mértékben meg fogják szenvedni az óceánok szintemelkedését. Ázsiában pl. olyan alacsonyan fekvő területeken termesztik a rizs nagy részét, amelyet nagy valószínűséggel elönt a víz. A megemelkedett tengervizet a viharok sok megmaradó termőföldre kihajtják, és így az sóval megöli a terményt és megmérgezi a talajt. Becslések szerint Banglades területének 17 %-a víz alá fog kerülni 2030-ra. Az előrejelzések szerint a tengerek átlagos vízszintemelkedése 30-100 cm között lesz. A Norvég- és a Grönlandi tengerben a tengervízből jégképződés következtében édesvíz válik ki, így a tenger sótartalma nő. A víz fagyáspontját a növekvő sótartalom -2 C körüli értékre csökkenti. Az alacsony hőmérséklet és a magas sótartalom a víz sűrűségét megnöveli, így az főként a Grönlandi tenger területén lesüllyed, és megkezdi visszaútját az Atlanti-óceán felé, mint mélyvízi áramlás. Az Egyenlítő felé tartva a mély atlanti-óceáni medencébe ömlik, és a melegebb atlantikus felszíni vizet felfelé szorítja. Ha azonban nem jégképződés, hanem olvadás történik az északi területen, a víz sótartalma csökkenni fog, és fagyáspontja sem csökken le, sűrűsége tehát nem nő meg, ami a lesüllyedésének és az atlanti óceáni medencébe való visszaáramlásának a feltétele volna. A kutatók szerint a szívóhatás és a vízkörforgás nélkül a Golf-áramlás már sokkal délebben elveszítené az erejét. Ennek következtében Európa teljesen védtelen lenne a sarki éghajlattal szemben. Ha gyengülne a Golf-áramlás, hatalmas katasztrófával kellene szembenéznünk. Tudósok jóslatai szerint egész Németország erdők és mezőgazdaság nélküli tundra vegetációjúvá válna. A globális hőmérséklet-emelkedés az esőzések eloszlására is hatással van. Megnöveli a csapadék mennyiségét egyes helyeken, és lecsökkenti másokon. Bizonyos területek szárazsága és mások túlzott nedvessége alapvetően befolyásolhatja az élelmiszertermelést. A számítógépes modellek becslése szerint pl. Kanadának és az Egyesült Államok nagy része szárazabb lesz mint ma, így a két nagy élelmiszer exportőr importálni fog. Előzetes vizsgálatok azt sugallják, hogy a globális felmelegedés felelős a Föld egyes területein végigsöprő viharok erőssége és száma növekedéséért. A globális klímaváltozás ökológiai hatása annak függvénye, hogy milyen mértékben tudnak az élőlények az új körülményekhez alkalmazkodni. Nem csupán az elvándorlásról van szó. A Stanfordi Egyetem kutatói eredményei szerint az emlősök 44 %-a, a lepkék 24 %-a és a madarak egy kisebb hányada pusztulna el egy 3 C-os globális hőmérsékletemelkedés folyamán. Egy ekkora felmelegedést bizonyos fajok károsodás nélkül átvészelnek. Ilyenek például a fertőző betegségek kórokozói. A trópusi betegségek új területeken is előfordulnak majd. Megoldási lehetőségek:
Mivel igen sok a még megválaszolatlan kérdés, és egymásnak ellentmondó vélemények léteznek a globális klímaváltozás kapcsán (19. ábra), gazdasági szakemberek sokaságának az a véleménye, hogy az esetleges teendők ára meghaladja a potenciális társadalmi, gazdasági és környezeti hasznot. Fenntartható megoldásnak az okok megszüntetése tekinthető. Így a népességszabályozás, veszélyes anyagok (szén-dioxid, CFC-k, dinitrogén-oxid, metán) emissziójának csökkentése illetve beszüntetése, valamint újrahasznosítás, megújuló energiaforrások használata. A népességszabályozás ugyanis hosszú távon a fosszilis energiahordozók szükségletének csökkenéséhez, és ezáltal az üvegházhatású gázok emissziójának csökkenéséhez vezet. Ugyanígy az erdőirtás csökkenéséhez, ezáltal az erdők (elsősorban a trópusi erdők) megőrzéséhez vezet, amelyek szén-dioxid megkötő képessége a globális felmelegedés szempontjából alapvető fontosságú. Az újrahasznosítás és a hatékonyabb energiahasználat, valamint a megújuló energiaforrások használata pedig nem befolyásolja a globális éghajlatot. Ha a világon a fosszilis tüzelőanyagok felhasználása a jelenlegi mértékben növekszik, a légkör szén-dioxid koncentrációja az előrejelzés szerint már 2050-re eléri az ipari forradalom előtti szint kétszeresét húzódniuk. Csapat név:hőmenők