Kuidas kasvuhoone töötab?

Tänu kasvavale murele kliimamuutuste (sageli nn globaalse soojenemise) pärast ja selle mure ümber tekkinud keele pärast on tõenäoline, et nii paljud nooremad inimesed on kuulnud selliseid termineid nagu "kasvuhooneefekt" ja "kasvuhoonegaasid", kui nad on olnud tegelikus kasvuhoones või teavad, milline selline struktuur isegi on on.

Hästi hooldatud kasvuhoone on rahulik ja visuaalselt meeldiv koht külastamiseks või töötamiseks, kuigi keskkond on mõne inimese maitse jaoks võib-olla liiga soe ja niiske. Mure kasvuhoonegaaside ja nende mõju pärast Maa kliimale on aga kõike muud kui ahvatlev ning mure kliimasoojenemise pärast kasvab aastaga murettekitavamaks. Ehkki tõelised kasvuhooned ei vastuta oma nime kandva mõju eest, teevad aluspõhimõtted huvitava uurimise mõnest füüsilisest aluspõhimõttest.

Kasvuhoone on nii nimetatud, kuna see on taimede kasvatamiseks mõeldud struktuur ja enamik taimi on vähemalt osaliselt rohelised. Ilmselt võib taimi olla ka oma kodus, kuid kasvuhooned on ehitatud selleks, et maksimeerida taimede "mugavust". Analoogia põhjal võite mängida korvpalli asfaltteel, kasutades ühte ajutist rõngast, kuid vähe väidab, et see on teie mängu parandamiseks sama kasulik kui sise-, kahe korviga väljak tasemel korrus.

Mis teeb kasvuhoone eriliseks? Eelkõige on see valguse hulk, kontrollitud temperatuur ja kergesti manipuleeritav kogus niiskust, mida taimed saavad. Mõned kasvuhooned on pühendatud "põllukultuuridele", mida ei sööda ja mida kasutatakse ainult dekoratiivselt või erilistel puhkudel, näiteks lillede jaoks. Teistel on taimed, millest saab söödavaid tooteid, näiteks tomatid. Kasvuhoonetel on klaaslaed, mis võimaldavad nii valguse suurt kogust kui ka konstruktsiooni sees soojuse kinni hoidmist. Kui päike loojub, ei haju kuumus nii kiiresti kui õues, võimaldades õitseda taimedel, kes jahedat ööd hästi ei salli.

Füüsika seisukohalt on see, mis soojendab kasvuhoonet, sama asi, mis soojendab päikesepaistelisel päeval auto sisemust. Lühema lainepikkusega infrapunavalgus siseneb läbi klaasi struktuuri ja pärast nende nähtamatute, kuid soojade kiirte põrkumist ümberringi muutuvad nad pikema lainepikkusega elektromagnetiliseks energiaks ja kipuvad jääma sisse, imendudes nende sisse ümbrus. Need kasvuhoones asuvad ümbrused hõlmavad taimede lehtpindu, mis kasutavad päikesevalgust fotosünteesi juhtimiseks või energia saamiseks glükoosi (toidu) loomist.

Peamised kasvuhoonegaasid on süsinikdioksiid, metaan, veeaur ja dilämmastikoksiid. Need gaasimolekulid on vabamalt ühendatud kui enamik molekule, nii et kui soojus neid tabab, kipuvad nad vibreerima. Need vibreerivad molekulid eraldavad soojust, millest suure osa neelavad seejärel naabruses asuvad kasvuhoonegaaside molekulid. See tsükkel hoiab läheduses olevat õhku ebatavaliselt soojana.

Suurem osa atmosfäärist koosneb lämmastikust, mis moodustab üle kolme neljandiku atmosfäärist, ja hapnikust, mis moodustab umbes viiendiku atmosfäärist. Mõlemad need gaasid sisaldavad kahte identset aatomit (N₂ ja O₂). Neid molekule koos hoidvad sidemed on tihedad ja võimaldavad vähe vibratsiooni, nii et nad ei hoia soojust hästi ja ei aita seega oluliselt kaasa kasvuhooneefektidele.

Süsinikdioksiid (CO₂): Süsinikdioksiidi molekulid moodustavad atmosfäärist vaid väikese osa, kuid omavad siiski kliimale väga tugevat mõju. Umbes 1850. aastate keskel, enne tööstusrevolutsiooni algust ja sellega kaasnevat söe põletamist, oli atmosfääris umbes 270 miljondikosa (ppmv) CO₂. See tase on pidevalt tõusnud, kuna söe ja muude fossiilkütuste, näiteks bensiini põletamine on atmosfääri eraldanud suurema osa gaasist. CO₂ tase atmosfääris on praegu umbes 400 (ppmv), kasv 50 protsenti.

Inimeste põhjustatud kliimamuutuse idee vastased võivad viidata asjaolule, et CO₂ moodustab isegi sel rasketööstuse ajastul nii väikese osa atmosfäärist, et see ei saa kliimale olulist mõju avaldada. See on kergesti populariseeritav idee, kuna sellel on teatav intuitiivne mõte. Kuid on ka "loogiline", et vereringes on väike kogus mikroskoopilisi baktereid, mis kaaluvad tunduvalt vähem kui milligrammi kokku ei saa tõsiste haiguste tekitamiseks piisavaks ning et madu mürgi väike tase ei saa olla ohtlik või surmav. Need ideed on ilmselgelt jama, nii et intuitsioon võib teaduses olla teadupärast vilets juhend.

Metaan (CH₄): Metaan on võimas kasvuhoonegaas, mis suudab absorbeerida oluliselt rohkem soojust, molekuli molekul kui süsinikdioksiid. Koosneb ühest süsinikuaatomist, mis on ühendatud nelja vesinikuaatomiga, CH₄, nagu CO₂, leidub atmosfääris minutikogustes, kuid sellel võib olla märkimisväärne mõju globaalsele soojenemisele. Metaanaasi eraldavad kariloomad ja lihtsaima süsivesinikuks kvalifitseeruva molekulina kasutatakse seda ka kütusena. Metaani põletamisel eraldub kõrvalsaadusena atmosfääri süsinikdioksiid, mis muudab metaani kasvuhooneefekti nii otseseks kui kaudseks.

Nagu märgitud, on kasvuhoonegaasideks kvalifitseeritavad need, kuigi Maa atmosfääris on vaid väike osa gaasidest avaldavad kliimale olulist mõju, olenemata sellest, kas nad sattusid sinna looduslike protsesside tagajärjel või inimeste tõttu tegevused. Kunagi 21. sajandi jooksul on süsinikdioksiidi kogus atmosfääris tõenäoliselt kaks korda suurem kui sajandi alguses. Ka muude kasvuhoonegaaside, peamiselt metaani ja dilämmastikoksiidi tase on tõusuteel. Kasvuhoonegaaside kogus kasvab proportsionaalselt põletatavate fossiilkütuste kogusega, mis lisaks kasvuhoonegaasidele väljutab atmosfääri ka õhusaaste. Kasvuhoonegaasid leiavad tee atmosfääri ka muudest allikatest. Kariloomad eraldavad toidu seedimise käigus metaangaasi. Lisaks võivad pealtnäha healoomulised protsessid põhjustada mitte triviaalset CO kogust₂ segule. Näiteks kui tsement on valmistatud lubjakivist, eraldub süsinikdioksiid.

Kui atmosfääris on rohkem kasvuhoonegaase, luues midagi nähtamatu lae taolist (mitte erinevalt päris kasvuhoonest), on tõenäolisem, et soojus läheb ülespoole atmosfäärist täielikult välja minna, sest täiendavad kasvuhoonegaasid neelavad ja kiirgavad seda soojust infrapuna kiirgus. Osa kuumusest suundub Maast eemale, kuid osa sellest neelavad läheduses asuvad kasvuhoonegaaside molekulid ja osa naaseb taas Maa pinnale. Nii jätkub planeedi soojenemine mitmesuguste mehhanismide abil kasvuhoonegaaside kuhjumisel. Liustikud taanduvad, jää sulab Maa mõlemas pooluses, ookeanid soojenevad ja muutuvad happelisemaks, lund leviala kogu maailmas on vähenenud ja katastroofilised ilmastikunähtused nagu orkaanid muutuvad üha suuremaks tavaline.

Oma kasvuhoone tegemine pole triviaalne projekt, kuid piisava ambitsiooniga pole see kirglikul inimesel või grupil üle jõu. Ükskõik, kas soovite suvel taimi talvel kaitsta, saate kevadiste maastikukujundusetaimede jaoks algust või lihtsalt õppige vähe siseaiandusest, saate seadistada kõikjal alates mõnesajast dollarist paarini tuhat.