Jak funguje skleník?

Díky rostoucím obavám o změnu klimatu (často nazývané „globální oteplování“) a jazyku, který kolem této obavy vznikl, je pravděpodobné, že tolik lidí mladší lidé slyšeli výrazy jako „skleníkový efekt“ a „skleníkové plyny“, než byli ve skutečném skleníku, nebo vědí, jaká je tato struktura je.

Dobře udržovaný skleník je klidné a vizuálně příjemné místo k návštěvě nebo práci, i když prostředí je na vkus některých lidí možná příliš teplé a vlhké. Obavy ze skleníkových plynů a jejich účinků na zemské klima však nejsou nic jiného než lákavé a obavy z globálního oteplování jsou do roku znepokojivější. Zatímco skutečné skleníky nejsou odpovědné za účinek, který nese jejich jméno, základní principy vedou k zajímavé studii některých základních fyzikálních principů.

Skleník se tak jmenuje, protože je to struktura určená k pěstování rostlin a většina rostlin je alespoň částečně zelená. Je zřejmé, že ve svém domě můžete mít i rostliny, ale skleníky jsou stavěny tak, aby maximalizovaly „pohodlí“ rostlin. Analogicky můžete hrát basketbal na asfaltové příjezdové cestě pomocí jediného provizorního obruče, ale jen málo by argumentoval, že je to stejně užitečné pro zlepšení vaší hry jako vnitřní dvouprostorové hřiště na úrovni podlaha.

Čím je skleník výjimečný? Primárně je to množství světla, regulovaná teplota a snadno manipulovatelné množství vlhkosti, které rostliny přijímají. Některé skleníky se věnují „plodinám“, které se nejí a používají se pouze dekorativně nebo pro zvláštní příležitosti, jako jsou květiny. Jiné obsahují rostliny, z nichž vznikají jedlé produkty, například rajčata. Skleníky mají skleněné stropy, které slouží jak k připouštění velkého množství světla, tak k zadržování tepla uvnitř konstrukce. Když slunce zapadá, teplo se nerozptyluje tak rychle jako venku, což umožňuje rozkvět rostlin, které dobře netolerují chladné noci.

Z hlediska fyziky je to, co ohřívá skleník, to samé, co zahřívá interiér automobilu za slunečného dne. Infračervené světlo s kratší vlnovou délkou vstupuje do struktury skrz sklo a poté, co se tyto neviditelné, ale teplé paprsky odrazí kolem, stanou se elektromagnetickou energií s delší vlnovou délkou a mají tendenci zůstat uvnitř, pohlceni jejich okolí. Tato prostředí ve skleníku zahrnují listové povrchy rostlin, které využívají sluneční světlo k fotosyntéze nebo vytváření glukózy (potravy) pro energii.

Hlavními skleníkovými plyny jsou oxid uhličitý, metan, vodní pára a oxid dusný. Tyto molekuly plynu jsou spojeny volněji než většina molekul, takže když na ně udeří teplo, mají tendenci vibrovat. Tyto vibrující molekuly uvolňují teplo, které je pak absorbováno sousedními molekulami skleníkových plynů. Tento cyklus udržuje vzduch v okolí neobvykle teplý.

Většina atmosféry se skládá z dusíku, který tvoří více než tři čtvrtiny atmosféry, a kyslíku, který tvoří asi jednu pětinu. Oba tyto plyny obsahují dva identické atomy (N₂ a O.₂). Vazby, které drží tyto molekuly pohromadě, jsou těsné a umožňují malé vibrace, takže nezachovávají dobře teplo, a proto významně nepřispívají ke skleníkovým efektům.

Oxid uhličitý (CO₂): Molekuly oxidu uhličitého tvoří jen nepatrný zlomek atmosféry, ale přesto mají velmi silný vliv na klima. Kolem poloviny padesátých let 20. století, před začátkem průmyslové revoluce a následným spalováním uhlí, obsahovala atmosféra kolem 270 dílů na milion objemu (ppmv) CO₂. Tato úroveň neustále stoupala, protože spalování uhlí a dalších fosilních paliv, jako je benzín, uvolňovalo více plynu do atmosféry. CO₂ hladina v atmosféře nyní činí asi 400 (ppmv), což je 50procentní nárůst.

Odpůrci celé myšlenky změny klimatu způsobené člověkem mohou poukazovat na skutečnost, že CO₂ tvoří tak malou část atmosféry, dokonce ani v tomto věku těžkého průmyslu, že nemůže mít významný vliv na klima. Jedná se o snadno popularizovaný nápad, protože má určitý intuitivní smysl. Ale také „dává smysl“, že malá hladina mikroskopických bakterií v krevním řečišti váží mnohem méně než miligram celkem, nemůže stačit k vyvolání vážných nemocí a že malé úrovně hadího jedu nemohou být nebezpečné nebo smrtící. Tyto myšlenky jsou zjevně nesmysly, takže intuice ve vědě může být notoricky špatným průvodcem.

Metan (CH₄): Metan je silný skleníkový plyn se schopností absorbovat podstatně více tepla, molekula pro molekulu, než dokáže oxid uhličitý. Skládá se z jediného atomu uhlíku spojeného se čtyřmi atomy vodíku, CH₄, jako CO₂, se nachází v atmosféře v malém množství, ale může mít značný dopad na globální oteplování. Plyn metanu je emitován hospodářskými zvířaty a jako nejjednodušší molekula, která se kvalifikuje jako uhlovodík, se také používá jako palivo. Při spalování metanu se oxid uhličitý uvolňuje do atmosféry jako vedlejší produkt, čímž se metan přímo i nepřímo podílí na skleníkovém efektu.

Jak již bylo uvedeno, i když jen malá část plynů v zemské atmosféře se kvalifikuje jako skleníkové plyny, tyto mají podstatný vliv na klima, ať už se tam dostali v důsledku přírodních procesů nebo v důsledku člověka činnosti. Někdy v průběhu 21. století bude množství oxidu uhličitého v atmosféře pravděpodobně dvakrát větší než na začátku století. Rovněž rostou hladiny dalších skleníkových plynů, zejména metanu a oxidu dusného. Množství skleníkových plynů roste úměrně s množstvím spalovaných fosilních paliv, což vylučuje do atmosféry nejen skleníkové plyny, ale také znečištění ovzduší. Skleníkové plyny se dostávají do atmosféry i z jiných zdrojů. Hospodářská zvířata uvolňují metanový plyn v průběhu trávení potravy. Zdánlivě neškodné procesy mohou navíc přispívat netriviálními množstvími CO₂ do mixu. Když se například vyrábí cement z vápence, uvolňuje se oxid uhličitý.

S větším množstvím skleníkových plynů v atmosféře a vytvářením něčeho jako neviditelného stropu (na rozdíl od skutečného skleníku) je pravděpodobnější, že teplo bude stoupat nahoru zastavit, než úplně odejít z atmosféry, protože další skleníkové plyny absorbují a poté vyzařují toto teplo jako infračervené záření. Část tepla bude směřovat pryč od Země, ale část bude absorbována blízkými molekulami skleníkových plynů a část se vrátí zpět na zemský povrch. Díky akumulaci skleníkových plynů se tedy planeta neustále otepluje. Ledovce ustupují, led na obou zemských pólech taje, oceány se zahřívají a stávají se kyselějšími, sníh pokrytí po celém světě je sníženo a katastrofických povětrnostních jevů, jako jsou hurikány, je stále více všední.

Vyrobit si vlastní skleník není žádný triviální projekt, ale s dostatečnými ambicemi to není nad možnosti vášnivého člověka nebo skupiny. Ať už si přejete chránit letní rostliny v zimě, můžete začít s jarními krajinářskými rostlinami nebo se jen učit trochu o zahradnictví v interiéru, můžete získat nastavení kdekoli od několika set amerických dolarů po pár tisíc.