Πώς λειτουργεί ένα θερμοκήπιο;

Χάρη στις αυξανόμενες ανησυχίες για την κλιματική αλλαγή (συχνά αποκαλείται "υπερθέρμανση του πλανήτη") και τη γλώσσα που έχει ξεφύγει από αυτήν την ανησυχία, είναι πιθανό ότι νεότεροι άνθρωποι έχουν ακούσει όρους όπως «το φαινόμενο του θερμοκηπίου» και «αέρια του θερμοκηπίου» από ό, τι ήταν μέσα σε ένα πραγματικό θερμοκήπιο ή γνωρίζουν τι μια τέτοια δομή ακόμη και είναι.

Ένα καλοδιατηρημένο θερμοκήπιο είναι ένα ήσυχο και οπτικά ευχάριστο μέρος για επίσκεψη ή εργασία, αν και το περιβάλλον είναι ίσως υπερβολικά ζεστό και υγρό για τις προτιμήσεις ορισμένων ανθρώπων. Ωστόσο, οι ανησυχίες σχετικά με τα αέρια του θερμοκηπίου και τις επιπτώσεις τους στο κλίμα της Γης, είναι παρά γοητευτικές και οι ανησυχίες σχετικά με την υπερθέρμανση του πλανήτη γίνονται όλο και πιο ανησυχητικές μέχρι το έτος. Ενώ τα πραγματικά θερμοκήπια δεν είναι υπεύθυνα για το αποτέλεσμα που φέρει το όνομά τους, οι βασικές αρχές κάνουν μια ενδιαφέρουσα μελέτη ορισμένων βασικών φυσικών αρχών.

Ένα θερμοκήπιο ονομάζεται έτσι επειδή είναι μια δομή που προορίζεται για την καλλιέργεια φυτών και τα περισσότερα φυτά είναι πράσινα, τουλάχιστον εν μέρει. Προφανώς, μπορείτε να έχετε και φυτά μέσα στο σπίτι σας, αλλά τα θερμοκήπια είναι κατασκευασμένα για να μεγιστοποιούν την «άνεση» των φυτών. Αναλογικά, μπορείτε να παίξετε μπάσκετ σε ασφαλτοστρωμένο δρόμο χρησιμοποιώντας ένα αυτοσχέδιο στεφάνι, αλλά λίγα υποστηρίζει ότι αυτό είναι εξίσου χρήσιμο για τη βελτίωση του παιχνιδιού σας, όπως ένα εσωτερικό γήπεδο δύο καλαθιών σε ένα επίπεδο πάτωμα.

Τι κάνει το θερμοκήπιο ξεχωριστό; Κατά κύριο λόγο, είναι η ποσότητα φωτός, η ελεγχόμενη θερμοκρασία και η εύκολα χειραγωγούμενη ποσότητα υγρασίας των φυτών. Ορισμένα θερμοκήπια είναι αφιερωμένα σε "καλλιέργειες" που δεν τρώγονται και χρησιμοποιούνται μόνο διακοσμητικά ή για ειδικές περιπτώσεις, όπως λουλούδια. Άλλοι διαθέτουν φυτά που δημιουργούν βρώσιμα προϊόντα, όπως ντομάτες. Τα θερμοκήπια έχουν γυάλινες οροφές, οι οποίες χρησιμεύουν τόσο για την αποδοχή μεγάλης ποσότητας φωτός όσο και για την παγίδευση θερμότητας μέσα στη δομή. Όταν ο ήλιος δύει, η θερμότητα δεν διαλύεται τόσο γρήγορα όσο σε εξωτερικούς χώρους, επιτρέποντας στα φυτά που δεν ανέχονται δροσερές νύχτες να ανθίσουν καλά.

Από φυσική άποψη, αυτό που θερμαίνει ένα θερμοκήπιο είναι το ίδιο πράγμα που θερμαίνει το εσωτερικό ενός αυτοκινήτου σε μια ηλιόλουστη ημέρα. Το υπέρυθρο φως μικρότερου μήκους κύματος εισέρχεται στη δομή μέσω του γυαλιού και μετά από αυτές τις αόρατες αλλά ζεστές ακτίνες αναπηδούν γύρω, γίνονται ηλεκτρομαγνητική ενέργεια μεγαλύτερου μήκους κύματος και τείνουν να παραμένουν μέσα, απορροφούνται από τη δική τους περιβαλλοντας ΧΩΡΟΣ. Αυτά τα περίχωρα, σε ένα θερμοκήπιο, περιλαμβάνουν τις φυλλώδεις επιφάνειες των φυτών, τα οποία χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για να οδηγήσουν τη φωτοσύνθεση, ή τη δημιουργία γλυκόζης (τροφής) για ενέργεια.

Τα κύρια αέρια του θερμοκηπίου είναι το διοξείδιο του άνθρακα, το μεθάνιο, οι υδρατμοί και το νιτρώδες οξείδιο. Αυτά τα μόρια αερίου είναι πιο χαλαρά συνδεδεμένα από τα περισσότερα μόρια, έτσι ώστε όταν η θερμότητα χτυπά, τείνουν να δονούνται. Αυτά τα δονούμενα μόρια απελευθερώνουν θερμότητα, μεγάλο μέρος των οποίων στη συνέχεια απορροφάται από γειτονικά μόρια αερίων θερμοκηπίου. Αυτός ο κύκλος διατηρεί τον αέρα στην περιοχή ασυνήθιστα ζεστό.

Το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας αποτελείται από άζωτο, το οποίο αποτελεί πάνω από τα τρία τέταρτα της ατμόσφαιρας και οξυγόνο, το οποίο αντιπροσωπεύει περίπου το ένα πέμπτο. Και τα δύο αυτά αέρια περιλαμβάνουν δύο πανομοιότυπα άτομα (Ν₂ και Ο₂). Οι δεσμοί που συγκρατούν αυτά τα μόρια είναι σφιχτοί και επιτρέπουν λίγη δόνηση, έτσι δεν συγκρατούν τη θερμότητα καλά και ως εκ τούτου δεν συμβάλλουν σημαντικά στα φαινόμενα του θερμοκηπίου.

Διοξείδιο του άνθρακα (CO₂): Τα μόρια διοξειδίου του άνθρακα αποτελούν μόνο ένα μικρό κλάσμα της ατμόσφαιρας, αλλά ωστόσο ασκούν πολύ ισχυρή επίδραση στο κλίμα. Γύρω στα μέσα της δεκαετίας του 1850, πριν από την έναρξη της Βιομηχανικής Επανάστασης και την συνακόλουθη καύση άνθρακα, η ατμόσφαιρα κράτησε περίπου 270 μέρη ανά εκατομμύριο όγκο (ppmv) CO₂. Αυτό το επίπεδο ανέβηκε σταθερά καθώς η καύση άνθρακα και άλλων ορυκτών καυσίμων, όπως η βενζίνη, απελευθέρωσε περισσότερο αέριο στην ατμόσφαιρα. Η συνεργασία₂ Το επίπεδο στην ατμόσφαιρα ανέρχεται τώρα σε περίπου 400 (ppmv), αύξηση 50%.

Οι αντίπαλοι της όλης ιδέας της κλιματικής αλλαγής που προκαλείται από τον άνθρωπο μπορεί να επισημαίνουν το γεγονός ότι η CO₂ Αποτελεί ένα τόσο μικρό κλάσμα της ατμόσφαιρας, ακόμη και σε αυτήν την εποχή της βαριάς βιομηχανίας, που δεν μπορεί πιθανώς να έχει σημαντικές επιπτώσεις στο κλίμα. Αυτή είναι μια εύκολα δημοφιλής ιδέα, δεδομένου ότι έχει ένα ορισμένο ποσό διαισθητικής λογικής. Αλλά «έχει νόημα» ότι ένα μικροσκοπικό επίπεδο μικροσκοπικών βακτηρίων στην κυκλοφορία του αίματος, που ζυγίζει πολύ λιγότερο από ένα χιλιοστόγραμμο σε συνολικά, δεν μπορεί να αρκεί για να προκαλέσει σοβαρή ασθένεια και ότι τα μικροσκοπικά επίπεδα δηλητηρίου φιδιού δεν είναι πιθανώς επικίνδυνα ή θανατηφόρος. Αυτές οι ιδέες είναι προφανώς ανοησίες, οπότε η διαίσθηση, στην επιστήμη, μπορεί να είναι ένας φημισμένος κακός οδηγός.

Μεθάνιο (CH₄): Το μεθάνιο είναι ένα ισχυρό αέριο θερμοκηπίου, με ικανότητα απορρόφησης πολύ περισσότερης θερμότητας, μορίου για μόριο, από το δοχείο διοξειδίου του άνθρακα. Αποτελούμενο από ένα άτομο άνθρακα συνδεδεμένο με τέσσερα άτομα υδρογόνου, CH₄, όπως CO₂, βρίσκεται σε ελάχιστες ποσότητες στην ατμόσφαιρα, αλλά μπορεί να έχει σημαντικό αντίκτυπο στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Το αέριο μεθάνιο εκπέμπεται από τα ζώα και, ως το απλούστερο μόριο που χαρακτηρίζεται ως υδρογονάνθρακας, χρησιμοποιείται επίσης ως καύσιμο. Όταν καίγεται το μεθάνιο, το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ως παραπροϊόν, καθιστώντας το μεθάνιο τόσο άμεσο όσο και έμμεσο συνεισφέροντα στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Όπως σημειώθηκε, παρόλο που μόνο ένα μικρό κλάσμα των αερίων στην ατμόσφαιρα της Γης χαρακτηρίζονται ως αέρια θερμοκηπίου, αυτά έχουν σημαντική επίδραση στο κλίμα, είτε έφτασαν εκεί ως αποτέλεσμα φυσικών διεργασιών είτε λόγω του ανθρώπου δραστηριότητες. Κάποτε κατά τη διάρκεια του 21ου αιώνα, η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είναι πιθανό να είναι διπλάσια από την αρχή του αιώνα. Τα επίπεδα άλλων αερίων του θερμοκηπίου, κυρίως μεθάνιο και οξείδιο του αζώτου, αυξάνονται επίσης. Η ποσότητα των αερίων του θερμοκηπίου αυξάνεται ανάλογα με την ποσότητα των ορυκτών καυσίμων που καίγονται, η οποία εκδιώκει όχι μόνο τα αέρια του θερμοκηπίου αλλά και την ατμοσφαιρική ρύπανση στην ατμόσφαιρα. Τα αέρια του θερμοκηπίου μπαίνουν στην ατμόσφαιρα και από άλλες πηγές. Τα ζώα απελευθερώνουν αέριο μεθάνιο κατά την πέψη των τροφίμων. Επιπλέον, φαινομενικά καλοήθεις διεργασίες μπορούν να συνεισφέρουν μη ασήμαντες ποσότητες CO₂ στο μείγμα. Για παράδειγμα, καθώς το τσιμέντο κατασκευάζεται από ασβεστόλιθο, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα.

Με περισσότερα αέρια θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, δημιουργώντας κάτι σαν μια αόρατη οροφή (όχι σε αντίθεση με ένα πραγματικό θερμοκήπιο), η θερμότητα που περνάει προς τα πάνω είναι πιο πιθανή να σταματήσουμε παρά να περάσουμε εντελώς από την ατμόσφαιρα, επειδή τα επιπλέον αέρια του θερμοκηπίου απορροφούν και στη συνέχεια ακτινοβολούν, αυτή τη θερμότητα ως υπέρυθρη ακτινοβολία. Μερικά από τη θερμότητα θα απομακρυνθούν από τη Γη, αλλά κάποια από αυτά θα απορροφηθεί από κοντινά μόρια αερίων του θερμοκηπίου και μερικά θα επιστρέψουν ξανά στην επιφάνεια της Γης. Έτσι, μέσω μιας ποικιλίας μηχανισμών, καθώς τα αέρια του θερμοκηπίου συσσωρεύονται, ο πλανήτης συνεχίζει να θερμαίνεται. Οι παγετώνες υποχωρούν, ο πάγος και στους δύο πόλους της Γης λιώνει, οι ωκεανοί θερμαίνονται και γίνονται πιο όξινοι, χιόνι η κάλυψη σε όλο τον κόσμο μειώνεται και καταστροφικά καιρικά φαινόμενα όπως τυφώνες γίνονται όλο και περισσότερο κοινός.

Η δημιουργία του δικού σας θερμοκηπίου δεν είναι ασήμαντο έργο, αλλά με αρκετή φιλοδοξία, δεν είναι πέρα ​​από τα μέσα ενός παθιασμένου ατόμου ή ομάδας. Είτε θέλετε να προστατεύσετε τα θερινά φυτά το χειμώνα, ξεκινήστε τα φυτά τοπίου την άνοιξη ή απλώς μάθετε λίγο για την εσωτερική κηπουρική, μπορείτε να πάρετε μια ρύθμιση για οπουδήποτε, από μερικές εκατοντάδες δολάρια ΗΠΑ έως μερικά χίλια.