Üvegházhatás

Az üvegházhatás fogalma

A Napból, különböző elektromágneses sugárzások formájában (UV-sugárzás, látható fény, infravörös sugárzás) jövő energia kisebb részét közvetlenül elnyeli a Föld légkörében lévő ózon és vízpára, a nagyobb része áthalad a légkörön, és felmelegíti a tengerek és szárazföldek felszínét. A felszín ezt az energiát infravörös sugárzás formájában visszaadja a légkör felé, majd a levegőben a vízpára, a szén-dioxid, a metán és a nitrogén-oxidok elnyelik az energia döntő részét. Az alsó légkör anyagai az elnyelt energiának kisebb részét a felső légkör és a világűr felé adják le infravörös sugárzás formájában, de a nagyobb részét visszasugározzák a felszíni felé. Tehát a légkör átengedi a Napból érkező energiát, de visszatartja az energia jó részét hő formájában, éppúgy, mint az üvegházak átlátszó fala, amely beengedi a napfényt, de visszatartja a hőt. A párhuzam alapján a jelenséget üvegházhatásnak, illetve a nap energiájának elnyelésében résztvevő gázokat üvegházhatású gázoknak nevezik.

 

 

Üvegházhatású gázok

A vízpára, szén-dioxid, metán, ózon és nitrogén-oxidok sorrendben csökken a levegő gázainak energia megkötő képessége. Az üvegházhatású gázok különböző hullámhosszú elektromágneses sugarakat tudnak elnyelni. A szén-dioxid, metán és nitrogén-oxidok átengedik a Napból származó sugárzás döntő részét, de elnyelik a Föld felszínéről érkező hosszú hullámhosszú infravörös sugárzást. A vízpára elsősorban a felszínről érkező hosszú hullámhosszú infravörös sugárzást nyeli el, de emellett megköti a Napból érkező látható fény és rövid hullámhosszú infravörös sugárzás egy részét is. Az ózon a Napból érkező UV-sugárzást köti meg közvetlenül.

A Föld átlag hőmérséklete és a levegő szén-dioxid koncentrációja

Bár a Föld átlagos hőmérsékletét az üvegházhatású gázok mellett sok más tényező befolyásolja, az egyik alapvető összefüggés, hogy üvegházhatású gázok koncentrációja és a Föld átlagos hőmérséklete egyenesen arányos egymással. Becslések szerint a Föld átlagos felszíni hőmérséklete körülbelül -18 °C lenne az üvegházhatású gázok jelenléte nélkül, ami alkalmatlan lenne az összetett földi élővilág fentmaradásához. Az üvegházhatásnak köszönhetően a Föld hőmérséklete ennél jóval magasabb, például az előző évszázadban 14 °C-os volt a felszín átlagos hőmérséklete. A Föld légkörének összetétele sokat változott a Föld története során. Ha nőt az üvegházhatású gázok koncentrációja, akkor nőt a Föld átlagos hőmérséklete, illetve, ha csökkent a koncentrációjuk, akkor csökkent a hőmérséklet is. Például a legutóbbi jégkorszaki ciklus kezdetén, 120 ezer évvel ezelőtt, a levegő szén-dioxid koncentrációja, illetve a Föld átlagos felszíni hőmérséklete körülbelül 0,027% és 13,5 °C volt, ami gyakorlatilag megegyezik az iparosodás előtti értékekkel. A jégkorszak leghidegebb időszakában, 20 ezer évvel ezelőtt, a levegő szén-dioxid koncentrációja 0,018%-ra, illetve a Föld átlagos felszíni hőmérséklete körülbelül 7,5 °C-ra csökkent, ahonnan 10 ezer év alatt a légköri szén-dioxid szint 50%-kal, a Föld átlagos felszíni hőmérséklet 6 °C-kal nőt, tehát visszatért a jégkorszaki ciklus kezdetekor tapasztalt értékekre. A legutóbbi 10 ezer évben, az iparosodás kezdetéig, mind a levegő szén-dioxid koncentrációja, mind a Föld átlagos hőmérséklete gyakorlatilag változatlan volt.

Az üvegházhatás fokozódása

Az iparosodás kezdetétől a légkör szén-dioxid, metán és dinitrogén-oxid koncentrációja alig 300 év alatt körülbelül 50%-kal, 150%-kal és 25%-kal nőt, amely nagyjából 1,2 °C-os átlagos felszíni hőmérséklet emelkedéssel párosult. Nem is az utóbbi 300 év hőmérsékletváltozásának a nagysága az, ami ritka a Föld eddigi történetében, hanem a gyorsasága. Nem csak arról van erős tudományos konszenzus, hogy elsősorban a légköri szén-dioxid és metán idézi elő a jelenlegi gyors felmelegedését, hanem arról is, hogy az üvegházhatású gázok többletért emberi tevékenységek felelnek. A szén-dioxid és a nitrogén-oxidok többletét a fosszilis tüzelőanyagok (kőszén, kőolaj és földgáz) elégetése, amíg a metán többletet főképp az állattenyésztés és a rizstermesztés okozza. A nagyléptékű erdőírtás szintén a légköri szén-dioxid koncentráció növekedésének irányában hat, mivel a megritkított növényzet kisebb mértékben veszi fel a levegő szén-dioxidját a fotoszintézis során. Mivel az üvegházhatású gázok koncentrációjának növekedését emberi tevékenységek idézik elő, az emberiségnek lehetősége van csökkenteni az üvegházhatású gázok kibocsájtását, és ezáltal mérsékelni a Föld felmelegedést. Becslések szerint, ha az emberi kibocsájtása miatt már nem növekszik a légköri szén-dioxid szint 2050 után, akkor a felmelegedés maximuma nem fogja meghaladni a 2 °C-ot. Ha a kibocsájtás a jelenlegi tendenciát követi, és a légköri szén-dioxid szint továbbra is emelkedik, akkor a felmelegedés elérheti akár a 5 °C-ot is 2100-ra.

Globális felmelegedés és klímaváltozás

Habár az üvegházhatású gázok kibocsájtásának mértéke országonként, régiónként változik, a gázok egyenletesen oszlanak el az alsó légkörben, tehát hatásukat az egész Földön, globálisan fejtik ki. Az üvegházhatás közvetlen következményét, a Föld hőmérséklet emelkedését, globális felmelegedésnek nevezzük emiatt. A globális felmelegedéssel szorosan együtt jár az éghajlat tartós és jelentős változása, amit éghajlatváltozásnak vagy klímaváltozásnak hívunk. A klímaváltozás nem csak a hőmérséklet emelkedést foglalja magában, hanem például a csapadékkal, légmozgásokkal vagy tengeráramlásokkal kapcsolatos változásokat is. Az élőlények, köztük az ember, fentmaradását döntően befolyásolják az élettelen környezeti tényezők, így a klímaváltozás is hatást gyakorol az élőlényekre, és a belőlük felépülő, különböző szerveződési szinteken elhelyezkedő ökológiai rendszerekre. A klímaváltozás jelentős természet- és környezetvédelmi problémákat okoz.