Skleníkový efekt

SKLENÍKOÝ EFEKT
Skleníkový efekt sa na Zemi objavoval od samého začiatku, pretože tzv. praatmosféra obsahovala niektoré tzv. skleníkové plyny- oxid uhličitý, vodné pary a metán. Jeho účinok spočíva v tom, že slnečné žiarenie vo viditeľnej oblasti prechádza atmosférou skoro bez ovplyvnenia, na povrchu Zeme je z veľkej časti pohltené a potom znova vyžarované z väčšou vlnovou dĺžkou, v infračervenej oblasti, teda ako teplo. Infračervené žiarenie, skleníkové plyny v atmosfére zachytávajú a často vracajú naspäť na Zem. Vplyv skleníkových plynov je teda vyrovnávajúci, zabraňujú prudkým zmenám teploty v súvislosti s kolísaním slnečného svitu. Dnešný vplyv tzv. prirodzeného skleníkového efektu je asi 33°C, je zásadne dôležitý pre existenciu vody v kvapalnom stave a teda aj pre existenciu života. Obtiažnosť preto nespočíva v samotnej existencii skleníkového efektu, a ak pridávaniu k nemu, spôsobené zmenou chemického zloženia atmosféry v dôsledku ľudskej činnosti. Ide predovšetkým o oxid uhličitý, freóny, metán, troposferický ozón a oxid dusný. Tieto tzv. stopové látky sa v atmosfére vyskytujú vo veľmi nízkych koncentráciách a preto sú ľudia svojou činnosťou schopný tieto koncentrácie významne a v najbližšej dobe meniť. Vplyv zmien skleníkového efektu na globálnu klímu je všeobecný a rozsiahly: predpokladá sa prinajmenšom roztápanie ľadovcov, zvýšenie hladiny oceánu a zaplavenie nízko položených oblastí, rozšírenie púšti, poruchy v morských prúdoch a v prúdení atmosféry, ktoré bude príčinou zmien v zrážkach a teda sucha a naopak inde záplav.
Hlavným skleníkovým plynom je oxid uhličitý, ktorý predstavuje viac než polovicu predpokladaného antropogénneho vplyvu na zmenu skleníkového efektu. Spaľovaním fosílnych palív a znižovaním pokrytia Zeme rastlinami je možne deponované zásoby oxidu uhličitého uvolniť a zvyšovať tak ako rovnovážnu koncentráciu. Ukazuje sa, že koncentrácia oxidu uhličitého bola dlhodobo stála a zvyšovať sa začala až v období industrializácie v 19. storočí. Od tej doby sa zvyšuje o takmer 33%. Hlavné zdroje oxidu uhličitého sú dva- rozhodujúce je dnes pálenie fosílnych palív a rúbanie lesa, ktoré bolo donedávna hlavným zdrojom.

Je však treba si uvedomiť, že oxid uhličitý predstavuje iba asi 50% problému zvyšovania skleníkového efektu, ďalšia polovica pripadá na ostatné skleníkové plyny, zvlášť na freóny, oxid dusný, ozón a metán.
Všetky tieto plyny sa uvoľňujú v dôsledku ľudskej činnosti a aj keď je ich v atmosfére menej, majú pri pohlcovaní tepelného žiarenia väčšiu účinnosť ako oxid uhličitý a tiež majú dlhšiu životnosť. Za potvrdenú tiež považovať skutočnosť, že priemerná teplota povrchu Zeme sa za posledné storočie zvýšila zhruba o 0,5°C.
Podstatou skleníkového efektu je narušenie prírodnej rovnováhy. Fosílne palivá vrátane ropy sa vytvorili v dávnej minulosti z organickej hmoty obsahujúcej uhlík. Mnoho miliónov rokov boli ukryté pod zemským povrchom. Človek tým, že tieto paliva ťaží a spaľuje emisie uhlíka vo forme CO2 do atmosféry a narušuje rovnovážnu koncentráciu skleníkových plynov v nej. Napriek tomu, že zostúpenie týchto plynov predstavuje len jednu tisícinu objemu atmosféry, skleníkové plyny, ktoré sú prirodzené zložky atmosféry, majú pre nás nesmierny význam. Ich koncentrácia v atmosfére bola v rovnováhe, pretože v prírode prebiehali len procesy s s prirodzeným kolobehom uhlíka, a tak nedochádzalo k jeho hromadeniu v žiadnej zložke biosféry. Uvoľňovaním stále väčšieho množstva skleníkových plynov však neustále zväčšujeme schopnosť atmosféry pohlcovať infračervené žiarenie. Narušujeme tak rovnováhu medzi dopadajúcou a vyžarovanou energiou, čo ma za následok zvyšovanie priemernej teploty na Zemi.
Hoci ešte nerozumieme všetkým súvislostiam, je zrejmé, že skleníkový efekt zohráva významnú úlohu v dôležitých klimatických posunoch. Obsah skleníkových plynov v atmosfére má na rovnovážnu povrchovú teplotu Zeme veľký vplyv. Vlastnosť prispievať k skleníkovému efektu sa charakterizuje tzv. potenciálom skleníkového otepľovania (greenhouse warming potential, GWP), ktorý sa obyčajne vzťahuje k oxidu uhličitému ako referenčnému plynu, u ktorého sa pokladá za jednotkový. Hodnoty týchto potenciálov z ďalšími informáciami o najdôležitejších skleníkových plynov sú zahrnuté v tabuľke č.1.

Tabuľka č.1
Základné charakteristiky skleníkových plynov
Plyn Súč. rast konc. (%/rok) Doba života (roky) GWP (CO2=l)
Oxid uhličitý 0,5 7 1
Metán 1,0 10 11
Oxid dusný 0,25 160 170
Ozón 1 - -
Trichlorofluorometán 3 50 3 400
Dichlorodifluorometán 3,4 110 7 100
Vodná para, ktorej obsah v atmosfére je ovplyvnený kondenzačnými procesmi, tu nie je uvedená
Už dlhšiu dobu vieme, že naša planéta je chránená tenkou „pokrievkou“ rôznych plynov. Pohlcujú teplo zo Zeme a zo Slnka a udržujú našu atmosféru v rozmedzí teplôt, ktoré umožňujú, aby na zemi existoval Život. Inými slovami, Zem existuje ako určitý druh ústredného kúrenia, ktoré ohrieva okolitý vzduch. Časť tepla síce uniká do vesmíru, ale časť ostáva na planéte a časom by mohla spôsobiť výrazné problémy s teplotou, ktorá by sa mohla vyšplhať na nebezpečnú hranicu. Práve túto, milióny rokov existujúcu rovnováhu ohrozujú niektoré naše ľudské činnosti. Už v r. 1985 sa do ovzdušia dostalo 18 miliárd ton CO. Z toho tri tretiny emisií má na svedomí civilizácia. Je to uhlie, zemný plyn alebo bridlica a ropa. Rastliny pohlcujú tento plyn procesom nazývaný fotosyntéza. Za uplynulých 8 tisíc rokov sa stratila takmer tretina dažďových pralesov. Vďaka vyrubovaniu stromov sa zvyšuje emisia CO o ďalších 23%. Vyššie hodnoty ultrafialového žiarenia pohlcuje CO. To skleníkový efekt ešte prehlbuje. Na každého obyvateľa našej republiky pripadá ročne 4,1 ton týchto emisií, zatiaľ čo vo Francúzsku je to iba 2,0 tony a v Japonsku 1,9 ton. První plynný obal získala Země při zchlazování asi před 4,5 miliardami let. Obsahoval hlavně oxid uhličitý, vodu, dusík, amoniak a oxid siřičitý v podobném složení, jaké se dnes uvolňuje při vulkanických erupcích. Nebyl v něm žádný kyslík, protože se všechen spotřeboval na oxidaci kovů, především dvojmocného železa.
Tyto reakce probíhají i dnes, jsou ovšem pomalé a biologickými procesy kyslík vzniká rychleji, než je pohlcován horninami zemského povrchu.
Dnešné zloženie atmosféry je dynamickou, avšak stabilnou rovnováhou, ktorou zásadne ovplyvňuje existenciu života. Keby bol život zo Zeme odstránený, v priebehu asi 300 miliónov rokov by všetok kyslík bol spotrebovaný na oxidáciu hornín, uvolnilo by sa značné množstvo oxidu uhličitého viazaného v tele rastlinách a atmosféra by sa opäť podobala svojmu pôvodnému stavu, podobnému dnešným podmienkam na Venuši alebo na Marse.
Iný problém v priamom dôkaze vplyvov, zvýšenie skleníkového efektu spočíva v tom, že klíma je komplikovaným produktom atmosféry, oceánov a zemského povrchu a tieto procesy doteraz niesu uspokojivo zmapované, nemožno v nich teda s istotou hľadať väzby, príčiny a dôsledky. Klimatické modely (počítačové simuláciou), ktoré sa používajú k odhadu vplyvov, zvýšenie skleníkového efektu na svetové klíma v budúcich desaťročiach, preto smerujú iba k orientačným údajom, ktoré však aj napriek tomu vykazujú niektoré základné spoločné rysy, ktoré sú zhrnuté v nasledujúcej tabuľke.
Tab.: súhrn rovnovážnych efektov, zdvojnásobenie atmosferickej koncentrácie oxidu uhličitého (stav odhadovaný pre polovicu 21. storočia) získaných z reprezentatívneho výberu klimatických modelov. Počet hviezdičiek určuje stupeň istoty každého odhadu (päť hviezdičiek znamená takmer isté tvrdenie, dve hviezdičky nízku istotu)
Teplota:
***** ohrev nižšej vrstvy atmosféry a povrchu Zeme
***** ochladenie stratosféry
*** na povrchu Zeme je priemerné oteplenie v rozmedzí +1.5 - +4.5 ° C (strední odhad 2.5 ° C)
*** vo vyšších zemepisných šírkách je oteplenie nadpriemerné v zime a podpriemerné v lete
*** oteplení a jeho výkyvy v rôznych ročných obdobiach sú najnižšie v trópoch
Zrážky:
**** priemerné zrážky (i vyparovanie) sa zvyšujú o 3 - 15 percent, čím väčšie oteplenie, tým vyššie zrážky
*** v vyšších nadmorských šírkách sú zrážky nadpriemerne vyššie
** vysoké zrážky v stredných nadmorských výškach v zime
** v trópoch sa zrážky na niektorých miestach zvyšujú, inde znižujú v súvislosti zo zmenami prúdenia vzduchu
** v subtropických suchých oblastiach zostávajú zrážky bez zmien
Vlhkosť pôdy:
*** vlhkosť sa zvyšuje v zime vo vyšších zemepisných šírkách
** znižuje sa v lete na kontinentoch Severnej pologuli
Sneh a ľadovce:
**** miznú oblasti pokryté morskými ľadovcami a snehom
CO2 prepúšťa slnečné žiarenie, intenzívne pohlcuje tepelné vyžarovanie zemského povrchu a nad zemským povrchom plní funkciu akejsi “strechy skleníka”, ktorá nebráni teplu prenikať dnu, ale neprepúšťa ho von. Preto tento jav dostal názov skleníkový efekt.
Skleníkový efekt spôsobuje zvyšovanie priemernej teploty atmosféry a ovplyvňuje zmeny jej rozloženia na zemskom povrchu. Zmenšuje sa rozdiel teplôt medzi rovníkom a pólmi, čím ochabuje cirkulácia atmosféry a prenos vlahy.
Pravdepodobne sa zvýšia dažďové zrážky nad dnes síce suchými, ale relatívne úrodnými oblasťami, zlepšia sa poľnohospodárske podmienky v severných oblastiach, ale suché pásma sa stanú ešte suchšími a polopúšte sa premenia na púšte. Pásmo sahel sa stane prakticky neobývateľné.
Povrch každej planéty, ktorá má atmosféru, je vyhrievaný nielen priamo Slnkom, ale tiež infračerveným žiarením, ktoré je emitované atmosférou a šíri sa dole smerom k povrchu. Na Zemi udržuje tento úkaz, známy ako skleníkový jav, strednú povrchovú teplotu o zhruba 33 K nad hodnotou a je podstatný pre život na planéte.
Žiarivé procesy, ktoré sú za skleníkový jav zodpovedné, zahrnujú predovšetkým minoritné zložky atmosféry, ich podiel sa môže meniť buď prirodzenou cestou, alebo ako vedľajší dôsledok činnosti ľudí.

Výpočet radiačných efektov každého zo skleníkových plynov pre akúkoľvek danú atmosferickú koncentráciu je pomerne jednoduchým vedeckým problémom. Čas zotrvania molekúl niektorých z uvedených skleníkových plynov v atmosfére je dlhý – oxid dusný zotrváva asi 160 rokov, CFC približne 100 rokov (v závislosti od druhu). Tento fakt, spolu s ich vysoko účinnými skleníkovými vlastnosťami a rýchlo rastúcimi emisiami znamená, že v súčasnosti zohrávajú významnú úlohu pri zmenách podnebia. Skleníkové plyny sa okrem vodnej pary podieľali na oteplení prostredníctvom antropogénneho skleníkového efektu. To znamená, že scenáre založené len na zdvojnásobení koncentrácie oxidu uhličitého povedia ešte menej než polovicu príbehu. Zdvojnásobenie predindustriálnych množstiev atmosferického oxidu uhličitého by mohlo nastať asi okolo roku 2040. Avšak globálne otepľovanie zodpovedajúce týmto očakávaniam na základe zdvojnásobenia oxidu uhličitého by mohlo nastať oveľa skôr (niektorí vedci už teraz predpovedajú rok 2020) zásluhou účinku iných skleníkových plynov.