Hvordan fungerer et drivhus?

Takket være voksende bekymringer over klimaændringer (ofte kaldet "global opvarmning") og det sprog, der er sprunget op omkring denne bekymring, er det sandsynligt, at så mange yngre mennesker har hørt udtryk som "drivhuseffekten" og "drivhusgasser" end har været inde i et faktisk drivhus eller ved, hvad en sådan struktur endda er.

Et velplejet drivhus er et fredeligt og visuelt tiltalende sted at besøge eller arbejde, selvom miljøet måske er for varmt og fugtigt for nogle folks smag. Bekymringer for drivhusgasser og deres indvirkning på jordens klima er dog alt andet end lokkende, og bekymringerne om global opvarmning bliver mere bekymrende for året. Mens ægte drivhuse ikke er ansvarlige for den effekt, der bærer deres navn, giver de underliggende principper en interessant undersøgelse af nogle grundlæggende fysiske principper.

Et drivhus hedder så, fordi det er en struktur beregnet til dyrkning af planter, og de fleste planter er grønne, i det mindste delvist. Det er klart, at du også kan have planter inde i dit hjem, men drivhuse er bygget for at maksimere planternes "komfort". Som en analogi kan du spille basketball på en asfaltindkørsel ved hjælp af en enkelt midlertidig bøjle, men få vil hævde, at dette er lige så nyttigt at forbedre dit spil som en indendørs, to-kurv bane på et niveau etage.

Hvad gør et drivhus specielt? Primært er det mængden af ​​lys, den kontrollerede temperatur og den let manipulerede mængde fugtplanter modtager. Nogle drivhuse er dedikeret til "afgrøder", der ikke spises og kun bruges dekorativt eller til særlige lejligheder, såsom blomster. Andre har planter, der giver anledning til spiselige produkter, såsom tomater. Drivhuse har glaslofter, som begge tjener til at indrømme en stor mængde lys og fange varme inde i strukturen. Når solen går ned, forsvinder varmen ikke så hurtigt som den gør udendørs, så planter, der ikke tåler kølige nætter, godt kan blomstre.

Fra et fysikperspektiv er det, der varmer et drivhus, det samme som varmer det indre af en bil på en solskinsdag. Kortere bølgelængde infrarødt lys kommer ind i strukturen gennem glasset, og efter disse usynlige men varme stråler hopper omkring bliver de længere bølgelængde elektromagnetisk energi og har tendens til at forblive inde og blive absorberet af deres omgivelser. Disse omgivelser, i et drivhus, inkluderer de grønne overflader af planter, der bruger sollys til at drive fotosyntese eller skabelse af glukose (mad) til energi.

De vigtigste drivhusgasser er kuldioxid, metan, vanddamp og lattergas. Disse gasmolekyler er mere løst forbundet end de fleste molekyler, så når varme rammer dem, har de en tendens til at vibrere. Disse vibrerende molekyler frigiver varme, hvoraf meget absorberes af nærliggende drivhusgasmolekyler. Denne cyklus holder luften i nærheden usædvanlig varm.

Det meste af atmosfæren består af kvælstof, der udgør over tre fjerdedele af atmosfæren, og ilt, som tegner sig for omkring en femtedel. Begge disse gasser inkluderer to identiske atomer (N₂ og O₂). Bindingerne, der holder disse molekyler sammen, er tætte og giver mulighed for lille vibration, så de ikke holder varmen godt og bidrager derfor ikke væsentligt til drivhuseffekter.

Kuldioxid (CO₂): Kuldioxidmolekyler udgør kun en lille brøkdel af atmosfæren, men de har alligevel en meget stærk effekt på klimaet. Omkring midten af ​​1850'erne, inden begyndelsen af ​​den industrielle revolution og den ledsagende forbrænding af kul, holdt atmosfæren omkring 270 dele pr. Million volumen (ppmv) CO₂. Dette niveau er støt steget, da forbrænding af kul og andre fossile brændstoffer, såsom benzin, har frigivet mere af gassen til atmosfæren. CO₂ niveauet i atmosfæren ligger nu på omkring 400 (ppmv), en stigning på 50 procent.

Modstandere af hele ideen om menneskeskabte klimaændringer kan pege på, at CO₂ udgør en så lille brøkdel af atmosfæren, selv i denne tunge industris tidsalder, at den umuligt kan have væsentlig indvirkning på klimaet. Dette er en let populær idé, da den giver en vis intuitiv mening. Men det er også "fornuftigt", at et lille niveau af mikroskopiske bakterier i blodbanen, der vejer langt mindre end et milligram i i alt, kan umuligt være tilstrækkelig til at forårsage alvorlig sygdom, og at små niveauer af slangegift umuligt kan være farligt eller dødbringende. Disse ideer er tydeligt vrøvl, så intuition i videnskaben kan være en notorisk dårlig guide.

Metan (CH₄): Methan er en stærk drivhusgas med en kapacitet til at absorbere betydeligt mere varme, molekyle for molekyle, end kuldioxid kan. Bestående af et enkelt carbonatom forbundet til fire hydrogenatomer, CH₄, ligesom CO₂, findes i små mængder i atmosfæren, men det kan have en betydelig indflydelse på den globale opvarmning. Metangas udsendes af husdyr, og som det enkleste molekyle, der kvalificerer sig som et carbonhydrid, bruges det også som brændstof. Når metan forbrændes, frigives kuldioxid i atmosfæren som et biprodukt, hvilket gør metan både en direkte og indirekte bidragyder til drivhuseffekten.

Som bemærket, selvom kun en lille brøkdel af gasserne i Jordens atmosfære kvalificerer sig som drivhusgasser, er disse har en væsentlig effekt på klimaet, uanset om de ankom der som et resultat af naturlige processer eller på grund af menneskelige aktiviteter. Engang i det 21. århundrede er mængden af ​​kuldioxid i atmosfæren sandsynligvis dobbelt så stor som den var i begyndelsen af ​​århundredet. Niveauerne af andre drivhusgasser, hovedsageligt metan og lattergas, er også stigende. Mængden af ​​drivhusgasser stiger i forhold til mængden af ​​fossile brændstoffer, der forbrændes, hvilket ikke kun driver drivhusgasser, men også luftforurening ud i atmosfæren. Drivhusgasser finder også vej ind i atmosfæren fra andre kilder. Husdyr frigiver metangas i løbet af fordøjelsen af ​​mad. Derudover kan tilsyneladende godartede processer bidrage med ikke-trivielle mængder CO₂ til blandingen. Da cement f.eks. Er fremstillet af kalksten, frigøres kuldioxid.

Med flere drivhusgasser i atmosfæren, hvilket skaber noget som et usynligt loft (ikke i modsætning til et rigtigt drivhus), er det mere sandsynligt, at varmen passerer opad at stoppes end at passere helt ud af atmosfæren, fordi de ekstra drivhusgasser absorberer og derefter udstråler denne varme som infrarød stråling. Noget af varmen går væk fra Jorden, men noget af det absorberes af nærliggende drivhusgasmolekyler, og noget vender tilbage til jordens overflade igen. Gennem en række forskellige mekanismer, når drivhusgasser akkumuleres, fortsætter planeten med at varme op. Gletsjere trækker sig tilbage, is ved begge jordpoler smelter, havene varmes op og bliver mere sure, sne verdensomspændende er faldet, og katastrofale vejrhændelser som orkaner bliver mere almindeligt.

At lave dit eget drivhus er ikke noget trivielt projekt, men med tilstrækkelig ambition er det ikke ud over midlerne fra en lidenskabelig person eller gruppe. Uanset om du ønsker at beskytte sommerplanter om vinteren, få et forspring på landskabsplanter om foråret eller bare lære lidt om indendørs havebrug kan du få en opsætning, der går fra alt fra et par hundrede amerikanske dollars til et par tusind.