SKLENÍKOVÝ EFEKT: ZPŮSOB JEHO VÝROBY, PŘÍČINY, PLYNY, DŮSLEDKY - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Skleníkový efekt je přirozený proces, při kterém se atmosféra zachovává část infračerveného záření vyzařovaného Zemí a tím ohřívá ho. Toto infračervené záření pochází z ohřevu generovaného na zemském povrchu slunečním zářením.

K tomuto procesu dochází, protože Země jako neprůhledné tělo absorbuje sluneční záření a vydává teplo. Současně, protože existuje atmosféra, teplo úplně neuniká do vesmíru.

Schéma skleníkových efektů. Zdroj: Robert A. Rohde (Dragonsův let na anglické Wikipedii), překlad do španělského felixu, úprava rozložení Basquetteur

Část tepla je absorbována a znovu emitována ve všech směrech plyny, které tvoří atmosféru. Země tak udržuje určitou tepelnou rovnováhu, která stanoví průměrnou teplotu 15 ° C a zaručuje variabilní rozsah, ve kterém se může život vyvíjet

Výraz „skleníkový efekt“ je obdobou se skleníky pro pěstování rostlin v podnebí, kde je okolní teplota nižší, než je požadováno. V těchto pěstebních domech umožňuje plastová nebo skleněná střecha průchod slunečního světla, ale zabraňuje úniku tepla.

Tímto způsobem je udržována teplá mikroklima příznivá pro vývoj rostlin, bez ohledu na nižší venkovní teplotu.

Nejvýznamnějšími plyny ve skleníkovém efektu jsou vodní pára, oxid uhličitý (CO2) a metan. V důsledku znečištění způsobeného lidmi se začleňují další plyny a zvyšuje se hladina CO2.

Plyny CO2, vodní pára a metan v atmosféře

Tyto plyny zahrnují oxidy dusíku, fluorovodíky, perfluorované uhlovodíky, fluorid sírový a chlorfluoruhlovodíky.

Je skleníkový efekt dobrý nebo špatný?

Skleníkový efekt je zásadní pro život na Zemi, protože zaručuje vhodný teplotní rozsah pro jeho existenci. Většina biochemických procesů vyžaduje teploty mezi -18 ° C a 50 ° C.

V geologické minulosti došlo ke kolísání průměrné teploty Země, a to buď stoupající nebo klesající. V posledních dvou stoletích došlo k procesu trvalého zvyšování globální teploty.

Rozdíl je v tom, že v současné době je rychlost růstu zvláště vysoká a zdá se, že je spojena s lidskou činností. Tyto činnosti vytvářejí skleníkové plyny, které tento jev zvýrazňují.

Jaký je tedy problém?

V důsledku industrializace lidé od poloviny 18. století do životního prostředí trvale přidávají znečišťující látky. Mezi tyto znečišťující látky patří emise plynů, které přispívají ke skleníkovému efektu, buď proto, že absorbují teplo nebo poškozují ozonovou vrstvu.

Ozonová vrstva se nachází v horní části stratosféry a filtruje ultrafialové (vyšší energie) sluneční záření. Čím více ultrafialového záření, tím více tepla a navíc mutagenní účinky mohou být generovány.

Na druhé straně plyny zadržující teplo, jako je CO2 a metan, snižují tepelné ztráty emisí ze Země. Mezi plyny, které poškozují ozonovou vrstvu, patří všechny sloučeniny fluoru a chloru.

Důsledkem zvýšení skleníkového efektu je zvýšení teploty Země. To zase způsobuje řadu klimatických změn, včetně tání polárního a ledovcového ledu.

Jak vzniká skleníkový efekt?

- Zemská atmosféra

Vrstvy atmosféry

Pochopení základních prvků chemického složení a struktury atmosféry je zásadní pro pochopení skleníkového efektu.

Chemické složení zemské atmosféry

Ve složení zemské atmosféry převládá dusík (N), 79% a kyslík (O2) 20%. Zbývajících 1% je tvořeno různými plyny, z nichž nejhojnější jsou Argon (Ar = 0,9%) a CO2 (0,03%).

Tyto plyny nemohou absorbovat sluneční světlo, tj. Krátkovlnnou energii emitovanou Sluncem (viditelné a ultrafialové spektrum).

Vrstvy atmosféry

Nejvyšší podíl atmosférických plynů je koncentrován v pruhu, který přechází od zemského povrchu do výšky 50 km. Je to tak díky přitažlivosti, že gravitační síla působí na plyny, které tvoří atmosféru.

V těchto prvních 50 km atmosféry jsou rozpoznávány dvě vrstvy, první z výšek 0 až 10 km a druhá z výšek 10 až 50 km. První se nazývá troposféra a koncentruje přibližně 75% plynné hmotnosti atmosféry.

Druhou je stratosféra, která koncentruje 24% atmosférické plynné hmoty a v její horní části je ozonová vrstva. Ozonová vrstva je klíčem k pochopení skleníkového efektu, protože je zodpovědná za fixaci ultrafialových paprsků od Slunce.

Ačkoli nad těmito vrstvami atmosféry probíhají další tři vrstvy, určujícími faktory skleníkového efektu jsou dvě nejnižší.

- Skleníkový efekt

Hlavními prvky procesu, kterým se skleníkový efekt vytváří, jsou Slunce, Země a atmosférické plyny. Slunce je zdrojem energie, Země přijímač této energie a zdroj tepla a plynů hrají různé role podle svých vlastností.

Solární energie

Slunce v zásadě emituje vysokoenergetické záření, to znamená, že odpovídá viditelným a ultrafialovým vlnovým délkám elektromagnetického spektra. Emisní teplota této energie dosahuje 6 000 ° C, ale většina z ní se rozptýlí po cestě.

Ze 100% sluneční energie, která dosáhne atmosféry, se asi 30% odráží do vesmíru (albedo efekt). 20% je absorbováno atmosférou, hlavně suspendovanými částicemi a ozonovou vrstvou, a zbývajících 50% zahřívá zemský povrch. Toto video odráží tento proces:

Země

Jako každé tělo, Země emituje záření, což je v tomto případě záření dlouhé vlny (infračervené). Infračervené záření vyzařované Zemí pochází z jeho žhavícího středu (geotermální energie), ale emise je nízká (téměř 0 ° C).

Země však dostává sluneční energii, která ji také zahřívá a vydává další infračervené záření.

Na druhou stranu Země odráží důležitou část slunečního záření díky svému albedu (světelný tón nebo bělost). Toto albedo je způsobeno hlavně mraky, vodními útvary a ledem.

S ohledem na albedo a vzdálenost od planety ke Slunci by měla být teplota Země -18 ° C (efektivní teplota). Efektivní teplota se vztahuje k tomu, co by mělo mít tělo pouze s ohledem na albedo a vzdálenost.

Skutečná průměrná teplota Země se však pohybuje kolem 15 ° C s rozdílem 33 ° C s efektivní teplotou. V tomto výrazném rozdílu mezi skutečnou a efektivní teplotou hraje atmosféra zásadní roli.

Atmosféra

Klíčem k teplotě Země je její atmosféra, pokud by neexistovala, planeta by byla trvale zamrzlá. Atmosféra je průhledná pro většinu krátkovlnného záření, ale ne pro velkou část dlouhovlnného (infračerveného) záření.

Tím, že propustí sluneční záření, se Země zahřeje a vydává infračervené záření (teplo), ale atmosféra absorbuje část tohoto tepla. Tímto způsobem se vrstvy atmosféry a mraků zahřejí a vydávají teplo ve všech směrech.

Skleníkový efekt

Proces globálního oteplování atmosférickou retencí infračerveného záření je tzv. Skleníkový efekt.

Skleník v Kew Gardens (Anglie). Zdroj:

Název pochází ze zemědělských skleníků, kde se pěstují druhy, které vyžadují vyšší teplotu než stávající v produkční oblasti. Za tímto účelem mají tyto pěstitelské domy střechu, která umožňuje průchod slunečního světla, ale zachovává emitované teplo.

Tímto způsobem je možné vytvořit teplou mikroklima pro ty druhy, které to vyžadují ve svém růstu.

Příčiny

Ačkoli skleníkový efekt je přirozený proces, je změněn lidským působením (antropickým působením). Proto je nutné rozlišovat přirozené příčiny tohoto jevu a antropické změny.

- Přirozené příčiny

Solární energie

Krátkovlnné (vysoce energetické) elektromagnetické záření ze Slunce zahřívá zemský povrch. Toto zahřívání způsobuje emise dlouhovlnného (infračerveného) záření, to znamená tepla, do atmosféry.

Geotermální energie

Střed planety je žhavící a vytváří další teplo, než teplo způsobené sluneční energií. Toto teplo se přenáší skrze zemskou kůru hlavně prostřednictvím sopek, fumarol, gejzírek a dalších horkých pramenů.

Atmosférické složení

Vlastnosti plynů, které tvoří atmosféru, určují, že sluneční záření dopadá na Zemi a že infračervené záření je částečně zachováno. Některé plyny, jako je vodní pára, CO2 a metan, jsou zvláště účinné při udržování atmosférického tepla.

Přirozené přínosy skleníkových plynů

Ty plyny, které zadržují infračervené záření z oteplování zemského povrchu, se nazývají skleníkové plyny. Tyto plyny jsou produkovány přirozeně jako CO2, který je podporován dýcháním živých bytostí.

Oceány také vyměňují velká množství CO2 za atmosféru a přírodní ohně také přispívají k CO2. Oceány jsou přirozeným zdrojem dalších skleníkových plynů, jako je oxid dusičitý (NOx).

Na druhé straně je mikrobiální aktivita v půdě také zdrojem CO2 a NOx. Kromě toho trávicí procesy zvířat přispívají do atmosféry velkým množstvím metanu.

- Antropogenní příčiny

Výroba tepla

Lidské činnosti přispívají nejen plyny, které zvyšují skleníkový efekt, ale také poskytují další teplo. Část dodávaného tepla pochází ze spalování fosilních paliv a druhá ze snížení albedo efektu.

Rozložení teploty na zemském povrchu. Zdroj:

To je způsobeno větší absorpcí sluneční energie tmavými umělými povrchy, jako je asfalt. Různá šetření ukázala, že velká města vytvářejí čistý tepelný příkon mezi 1,5 a 3 ° C.

Průmyslové činnosti

Průmysl obecně emituje další teplo do atmosféry a různé plyny, které ovlivňují skleníkový efekt. Tyto plyny mohou absorbovat a emitovat teplo (např. CO2) nebo ničit ozonovou vrstvu (např.: NOx, CFC a další).

Automobilový provoz

Velká koncentrace vozidel ve městech je zodpovědná za většinu CO2 přidaného do atmosféry. Automobilový provoz se podílí asi 20% na celkovém CO2 produkovaném spalováním fosilních paliv.

Výroba elektřiny a topení

Spalování uhlí, plynu a ropných derivátů pro výrobu elektřiny a topení přispívá téměř 50% CO2.

Zpracovatelský a stavební průmysl

Společně tyto průmyslové činnosti přispívají téměř 20% CO2 produkovaného spalováním fosilních paliv.

lesní požáry

Lesní požáry jsou také způsobeny lidskou činností a ročně uvolňují do atmosféry miliony tun skleníkových plynů.

Skládky odpadu

Hromadění odpadu a probíhající fermentační procesy, jakož i spalování uvedeného odpadu, jsou zdrojem skleníkových plynů.

zemědělství

Zemědělská činnost přispívá do atmosféry ročně více než 3 miliony metrických tun methanového plynu. Mezi plodiny, které v tomto ohledu nejvíce přispívají, je rýže.

V případě rýže pochází methane z ekosystému generovaného jeho kultivačním systémem. Je to proto, že rýže je zasazena do vodní hladiny, čímž se vytváří umělý bažina.

V bažinách bakterie rozkládají organickou hmotu za anaerobních podmínek a produkují metan. Tato plodina může přispívat až 20% metanu vstříknutého do atmosféry.

Další plodinou, jejíž hospodaření vytváří skleníkové plyny, je cukrová třtina, protože se spaluje před sklizní a produkuje velké množství CO2.

Přežvýkavci pro přežvýkavce

Přežvýkavci, jako jsou krávy, spotřebovávají vláknitou trávu fermentačními procesy prováděnými bakteriemi v jejich zažívacím systému. Uvedená fermentace uvolňuje 3 až 4 litry methanového plynu do atmosféry denně pro každé zvíře.

Pouze s ohledem na skot se odhaduje příspěvek odpovídající 5% skleníkových plynů.

- Řetězová reakce

Nárůst globální teploty, který způsobuje nárůst skleníkových plynů, vyvolává řetězovou reakci. S rostoucí teplotou oceánů se zvyšuje uvolňování CO2 do atmosféry.

Rovněž tání pólů a permafrostu uvolňuje CO2, který tam byl zachycen. Také při vyšších okolních teplotách dochází k většímu výskytu lesních požárů a uvolňuje se více CO2.

Skleníkové plyny

Některé plyny, jako je vodní pára a CO2, působí v přirozeném procesu skleníkového efektu. Antropický proces zahrnuje kromě CO2 také další plyny.

Globální trendové křivky akumulace různých skleníkových plynů. Zdroj: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivativní práce: Ortisa (diskuse) odvozená práce: Ortisa

Kjótský protokol počítá s emisemi šesti skleníkových plynů, včetně oxidu uhličitého (CO2) a metanu (CH4). Také oxid dusný (N2O), fluorovodík (HFC), perfluorovaný uhlovodík (PFC) a fluorid sírový (SF6).

Vodní pára

Vodní pára je pro schopnost absorbovat teplo jedním z nejdůležitějších skleníkových plynů. Rovnováha je však vytvářena, protože voda v kapalném a pevném stavu odráží sluneční energii a ochlazuje Zemi.

Oxid uhličitý (CO2)

Oxid uhličitý je hlavní skleníkový plyn s dlouhou životností v atmosféře. Tento plyn je zodpovědný za 82% zvýšení skleníkového efektu, ke kterému došlo v posledních desetiletích.

V roce 2017 oznámila Světová meteorologická organizace celosvětovou koncentraci CO2 405,5 ppm. To představuje nárůst o 146% v porovnání s úrovněmi odhadovanými před rokem 1750 (období před industrializací).

Methan (CH

Metan je druhým nejdůležitějším skleníkovým plynem, který přispívá asi 17% oteplování. 40% metanu je produkováno přírodními zdroji, zejména mokřady, zatímco zbývajících 60% je produkováno lidskou činností.

Mezi tyto činnosti patří chov přežvýkavců, pěstování rýže, využívání fosilních paliv a spalování biomasy. V roce 2017 atmosférický CH4 dosáhl koncentrace 1 859 ppm, což je o 257% více než úroveň před industrializací.

Oxidy dusíku (NOx)

NOx přispívá k ničení stratosférického ozonu a zvyšuje množství ultrafialového záření, které proniká na Zemi. Tyto plyny pocházejí z průmyslové výroby kyseliny dusičné a kyseliny adipové a také z používání hnojiv.

Do roku 2017 tyto plyny dosáhly atmosférické koncentrace 329,9 ppm, což odpovídá 122% úrovně odhadované pro období před industrializací.

Hydrofluorouhlíky (HFC)

Tyto plyny se používají v různých průmyslových aplikacích jako náhrada CFC. HFC však také ovlivňují ozonovou vrstvu a mají velmi vysokou aktivní stálost v atmosféře.

Perfluorovaný uhlovodík (PFC)

PFC se vyrábějí ve spalovacích zařízeních pro tavení hliníku. Stejně jako HFC mají vysokou stálost v atmosféře a ovlivňují integritu stratosférické ozonové vrstvy.

Hexafluorid sírový (SF6)

Tento plyn má také negativní vliv na ozonovou vrstvu a vysokou perzistenci v atmosféře. Používá se ve vysokonapěťových zařízeních a při výrobě hořčíku.

Chlorofluorouhlíky (CFC)

CFC je silný skleníkový plyn, který poškozuje stratosférický ozon a je regulován Montrealským protokolem. V některých zemích, jako je Čína, se však stále používá v různých průmyslových procesech.

Jaký je skleníkový efekt pro živé bytosti?

- Hraniční podmínky

Život, jak víme, není možné nad určitými teplotními hladinami. Pouze některé termofilní bakterie jsou schopny obývat prostředí s teplotami nad 100 ° C.

Životní teplota

Obecně je amplituda změny teploty, která umožňuje většinu aktivního života, v rozsahu od -18 ° C do 50 ° C. Podobně mohou existovat formy života v latentním stavu při teplotách -200 ° C a 110 ° C.

Většina druhů zvířat a rostlin má ještě omezenější rozsahy tolerance vůči pokojové teplotě.

- Dynamická rovnováha teploty

Skleníkový efekt je pozitivní přírodní proces pro život na planetě, protože zaručuje tento zásadní rozsah teploty. Je to však tak dlouho, dokud je udržována správná rovnováha mezi vstupem sluneční energie a výstupem infračerveného záření.

Rovnováha

Rovnováha je zaručena, protože příroda produkuje téměř tolik skleníkových plynů, kolik se imobilizuje. Oceán produkuje asi 300 gigatonů CO2, ale absorbuje se o něco více.

Stejně tak vegetace produkuje kolem 440 gigatonů CO2 a současně opravuje kolem 450.

Důsledky skleníkového efektu v důsledku znečištění

Antropické znečištění přispívá k dalšímu množství skleníkových plynů a narušuje přirozenou dynamickou rovnováhu. Přestože jsou tyto částky mnohem menší než částky generované přírodou, jsou dostačující k tomu, aby tuto rovnováhu narušily.

To má vážné důsledky pro planetární tepelnou rovnováhu a následně pro život na Zemi.

Globální oteplování

Zvýšení koncentrace skleníkových plynů vede ke zvýšení průměrné globální teploty. Odhaduje se, že průměrná globální teplota vzrostla od doby před průmyslovým obdobím o 1,1 ° C.

Na druhé straně bylo naznačeno, že období od roku 2015 do roku 2019 bylo dosud nejžhavější v historii.

Tání ledu

Zvýšení teploty vede k tání polárního ledu a ledovců po celém světě. To znamená zvýšení hladiny moře a změnu mořských proudů.

Klimatická změna

Přestože neexistuje úplná shoda o procesu změny klimatu vyplývajícího z globálního oteplování, realitou je, že se mění klima planety. Důkazem toho je mimo jiné změna mořských proudů, modelů větru a srážek.

Nerovnováhy obyvatelstva

Změna stanovišť v důsledku zvýšení teploty ovlivňuje populaci a biologické chování druhu. V některých případech existují druhy, které zvyšují jejich populace a rozšiřují rozsah jejich rozšíření.

Avšak ty druhy, které mají velmi úzký teplotní rozsah pro růst a reprodukci, mohou výrazně snížit jejich populace.

Snížení produkce potravin

Mnoho zemědělských a živočišných oblastí vidí produkci sníženou, protože druhy jsou ovlivněny zvýšením teploty. Na druhé straně ekologické změny vedou k šíření zemědělských škůdců.

Veřejné zdraví

Nemoci přenášené vektorem

Jak se průměrná teplota planety zvyšuje, některá zvířata vektorů nemocí rozšiřují svůj geografický rozsah. Případy tropických chorob se tak objevují mimo jejich přirozený rozsah.

Šokovat

Zvýšení teploty může vyvolat tzv. Tepelný šok nebo úpal, což znamená extrémní dehydrataci. Tato situace může způsobit vážné selhání orgánů, zejména u dětí a starších osob.

Prevence a řešení

Aby se zabránilo zvýšení skleníkového efektu, je nutné snížit emise plynů, které jej způsobují. To vyžaduje opatření, která sahají od povědomí veřejnosti, přes národní a mezinárodní legislativu, až po technologické změny.

Podle Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) však nestačí snížit emise. Kromě toho je nutné snížit současnou koncentraci skleníkových plynů v atmosféře, aby se zastavilo globální oteplování.

V tomto smyslu je řešením zvýšení vegetačního krytí, aby se stanovil atmosférický CO2. Dalším je implementace technologických systémů filtrace vzduchu pro extrakci CO2 a jeho fixaci v průmyslových produktech.

Snahy o dosažení mezinárodních dohod, jako je Kjótský protokol, dosud nesplnily své cíle. Na druhé straně, technologický vývoj pro extrakci atmosférického CO2 je pouze na prototypové úrovni.

Prevence

Aby se zabránilo zvýšení skleníkového efektu, je nutné snížit produkci skleníkových plynů. To znamená řadu akcí, které zahrnují rozvoj občanského svědomí, legislativní opatření, technologické změny.

Povědomí

Občan, který si je vědom problému globálního oteplování způsobeného nárůstem skleníkového efektu, je zásadní. Tímto způsobem je zajištěn nezbytný sociální tlak, aby vlády a hospodářské mocnosti přijaly požadovaná opatření.

Právní rámec

Hlavní mezinárodní dohodou o řešení problému výroby skleníkových plynů je Kjótský protokol. Tento právní nástroj však dosud nebyl účinný při snižování míry emisí skleníkových plynů.

Některé z hlavních průmyslových zemí s vyššími emisemi nepodepsaly prodloužení protokolu na druhé funkční období. Má-li být dosaženo skutečného účinku, je proto nezbytný přísnější vnitrostátní a mezinárodní právní rámec.

Technologické změny

Aby se snížily emise skleníkových plynů, je zapotřebí nové zpracování průmyslových procesů. Stejně tak je třeba podporovat využívání obnovitelných zdrojů energie a omezit používání fosilních paliv.

Na druhou stranu je nezbytné snížit produkci znečišťujících odpadů obecně.

Řešení

Podle odborníků nestačí snížit emise skleníkových plynů, je také nutné snížit současné koncentrace v atmosféře. Za tímto účelem byly navrženy různé alternativy, které mohou používat velmi jednoduché nebo sofistikované technologie.

Uhlík klesá

Za tímto účelem se doporučuje zvýšit pokrytí lesů a džunglí a provádět strategie, jako jsou zelené střechy. Rostliny fixují atmosférický CO2 ve svých rostlinných strukturách a extrahují ho z atmosféry.

Čerpadla pro extrakci uhlíku

Dosud je těžba CO2 z atmosféry energeticky nákladná a má vysoké ekonomické náklady. Probíhá však výzkum s cílem najít účinné způsoby filtrování vzduchu a odstranění CO2.

Jeden z těchto návrhů je již v pilotní fázi závodu a vyvíjí ho univerzity v Calgary a Carnegie Mellon. Tato rostlina používá roztok hydroxidu draselného jako odlučovač vody a žíravý vápník, skrz který se filtruje vzduch.

V tomto procesu se CO2 obsažený ve vzduchu zadržuje a vytváří uhličitan vápenatý (CaCO3). Následně se uhličitan vápenatý zahřeje a uvolní se CO2, přičemž výsledný vyčištěný CO2 se použije pro průmyslové účely.

Bibliografické odkazy

1. Bolin, B. a Doos, BR Skleníkový efekt.
2. Caballero, M., Lozano, S. a Ortega, B. (2007). Skleníkový efekt, globální oteplování a změna klimatu: perspektiva vědy o Zemi. Univerzitní digitální časopis.
3. Carmona, JC, Bolívar, DM a Giraldo, LA (2005). Methanový plyn v živočišné výrobě a alternativy k měření jeho emisí a snížení jeho dopadu na životní prostředí a výrobu. Kolumbijský žurnál hospodářských zvířat.
4. Elsom, DM (1992). Znečištění ovzduší: globální problém.
5. Martínez, J. a Fernández, A. (2004). Změna klimatu: pohled z Mexika.
6. Schneider, SH (1989). Skleníkový efekt: věda a politika. Věda.