Как работи оранжерията?

Благодарение на нарастващите опасения относно изменението на климата (често наричани „глобално затопляне“) и езика, който възникна около тази загриженост, вероятно толкова много по-младите хора са чували термини като "парников ефект" и "парникови газове", отколкото са били в действителна оранжерия или знаят каква такава структура дори е.

Добре поддържаната оранжерия е спокойно и визуално приятно място за посещение или работа, въпреки че средата може би е прекалено топла и влажна за вкуса на някои хора. Загрижеността относно парниковите газове и тяхното въздействие върху климата на Земята обаче е всичко друго, но не и примамлива, а опасенията относно глобалното затопляне нарастват с всяка година по-тревожни. Въпреки че истинските оранжерии не са отговорни за ефекта, който носи тяхното име, основните принципи правят интересно проучване на някои основни физически принципи.

Оранжерията е наречена така, защото е структура, предназначена за отглеждане на растения, и повечето растения са зелени, поне отчасти. Очевидно е, че можете да имате растения и във вашия дом, но оранжериите са изградени, за да увеличат максимално "комфорта" на растенията. По аналогия можете да играете баскетбол на асфалтова алея с помощта на един импровизиран обръч, но малко би твърдял, че това е толкова полезно за подобряване на играта ви, колкото вътрешен корт с две кошници на ниво етаж.

Какво прави оранжерията специална? На първо място, това е количеството светлина, контролираната температура и лесното манипулиране на количеството влага, което растенията получават. Някои оранжерии са посветени на „култури“, които не се ядат и се използват само декоративно или за специални случаи, например цветя. Други имат растения, които пораждат ядливи продукти, като домати. Оранжериите имат стъклени тавани, които служат както за пропускане на голямо количество светлина, така и за улавяне на топлина вътре в конструкцията. Когато слънцето залезе, топлината не се разсейва толкова бързо, колкото на открито, което позволява на растенията, които не понасят добре хладните нощи, да процъфтяват.

От гледна точка на физиката това, което затопля оранжерията, е същото, което затопля интериора на автомобила в слънчев ден. Инфрачервената светлина с по-къса дължина на вълната навлиза в структурата през стъклото и след тези невидими, но топли лъчи отскачат наоколо, те се превръщат в електромагнитна енергия с по-дълги вълни и са склонни да останат вътре, поглъщайки се от тях заобикалящата среда. Тези околни пространства, в оранжерия, включват листните повърхности на растенията, които използват слънчева светлина за задвижване на фотосинтезата или създаването на глюкоза (храна) за енергия.

Основните парникови газове са въглероден диоксид, метан, водни пари и азотен оксид. Тези молекули на газа са по-слабо свързани от повечето молекули, така че когато ги удари топлина, те са склонни да вибрират. Тези вибриращи молекули отделят топлина, голяма част от която след това се абсорбира от съседните молекули парникови газове. Този цикъл поддържа въздуха в околността необичайно топъл.

По-голямата част от атмосферата се състои от азот, който съставлява над три четвърти от атмосферата, и кислород, който представлява около една пета. И двата газа включват два еднакви атома (N₂ и O₂). Връзките, задържащи тези молекули заедно, са плътни и позволяват малко вибрации, така че те не задържат добре топлината и следователно не допринасят значително за парниковите ефекти.

Въглероден диоксид (CO₂): Молекулите на въглеродния диоксид съставляват само малка част от атмосферата, но въпреки това оказват много силен ефект върху климата. Около средата на 1850-те, преди началото на индустриалната революция и съпътстващото изгаряне на въглища, атмосферата съдържа около 270 части на милион обем (ppmv) CO₂. Това ниво непрекъснато се покачва, тъй като изгарянето на въглища и други изкопаеми горива, като бензин, отделя повече от газа в атмосферата. CO₂ нивото в атмосферата сега е около 400 (ppmv), 50% увеличение.

Противниците на цялата идея за предизвиканите от човека климатични промени могат да посочат факта, че CO₂ съставлява толкова малка част от атмосферата, дори в тази епоха на тежката индустрия, че не може да има значително въздействие върху климата. Това е лесно популяризирана идея, тъй като има известен интуитивен смисъл. Но също така "има смисъл", че малко ниво на микроскопични бактерии в кръвта, с тегло далеч по-малко от милиграм в общо, не може да е достатъчно, за да причини сериозно заболяване и че малките нива на змийска отрова не биха могли да бъдат опасни или смъртоносна. Тези идеи са просто глупост, така че интуицията, в науката, може да бъде прословуто лошо ръководство.

Метан (СН₄): Метанът е мощен парников газ със способност да абсорбира значително повече топлина, молекула за молекула, отколкото въглеродният диоксид. Състои се от един въглероден атом, свързан с четири водородни атома, СН₄, като CO₂се намира в малки количества в атмосферата, но може да окаже значително влияние върху глобалното затопляне. Газът метан се отделя от добитъка и като най-простата молекула, която се квалифицира като въглеводород, се използва и като гориво. Когато метанът е изгорен, въглеродният диоксид се отделя в атмосферата като страничен продукт, което прави метана както пряк, така и косвен принос за парниковия ефект.

Както беше отбелязано, въпреки че само малка част от газовете в земната атмосфера се класифицират като парникови газове, те имат съществен ефект върху климата, независимо дали са попаднали там в резултат на природни процеси или поради човешки дейности. Някога през 21-ви век количеството въглероден диоксид в атмосферата вероятно ще бъде два пъти по-голямо от това в началото на века. Нивата на други парникови газове, главно метан и азотен оксид, също се увеличават. Количеството парникови газове се увеличава пропорционално на количеството изгарящи изкопаеми горива, което изхвърля не само парниковите газове, но и замърсяването на въздуха в атмосферата. Парниковите газове попадат в атмосферата и от други източници. Животните отделят газ метан в процеса на смилане на храната. Освен това привидно доброкачествените процеси могат да допринесат нетривиални количества CO₂ към сместа. Например, тъй като циментът е направен от варовик, се отделя въглероден диоксид.

С повече парникови газове в атмосферата, създаващи нещо като невидим таван (за разлика от истинска оранжерия), топлината, преминаваща нагоре, е по-вероятно да бъде спрян, отколкото да излезе изобщо от атмосферата, защото допълнителните парникови газове поглъщат и след това излъчват тази топлина като инфрачервена светлина радиация. Част от топлината ще се отдалечи от Земята, но част от нея ще бъде погълната от близките молекули парникови газове, а друга част ще се върне отново на повърхността на Земята. По този начин, чрез различни механизми, докато парниковите газове се натрупват, планетата продължава да се затопля. Ледниците отстъпват, ледът на двата полюса на Земята се топи, океаните се затоплят и стават по-кисели, сняг покритието в световен мащаб намалява и катастрофалните метеорологични събития като урагани стават все повече общоприето.

Създаването на собствена оранжерия не е маловажен проект, но с достатъчно амбиция не може да надхвърли възможностите на страстен човек или група. Независимо дали искате да защитите летните растения през зимата, дайте начало на растенията за озеленяване през пролетта или просто да научите малко за градинарството в закрити помещения, можете да получите настройка за някъде от няколкостотин щатски долара до няколко хиляди.