Kako djeluje staklenik?

Zahvaljujući rastućoj zabrinutosti zbog klimatskih promjena (često zvanoj "globalno zatopljenje") i jeziku koji je nastao oko te zabrinutosti, vjerojatno je da je toliko mlađi ljudi su čuli izraze poput "efekta staklenika" i "staklenički plinovi" nego što su bili u stvarnom stakleniku ili znaju kakva je takva struktura je.

Dobro njegovani staklenik mirno je i vizualno ugodno mjesto za posjet ili rad, iako je okoliš možda pretjerano topao i vlažan za ukus nekih ljudi. Međutim, zabrinutost zbog stakleničkih plinova i njihovih učinaka na Zemljinu klimu sve je samo primamljiva, a zabrinutost zbog globalnog zatopljenja iz godine u godinu postaje sve zabrinjavajuća. Iako pravi staklenici nisu odgovorni za učinak koji nosi njihovo ime, temeljni principi čine zanimljivu studiju nekih osnovnih fizikalnih principa.

Staklenik je tako nazvan jer je građevina namijenjena uzgoju biljaka, a većina biljaka je barem djelomično zelena. Očito je da biljke možete imati i u svom domu, ali staklenici su izgrađeni kako bi maksimizirali "udobnost" biljaka. Analogno tome, košarku možete igrati na asfaltnom prilazu koristeći jedan improvizirani obruč, ali malo tvrdio bi da je ovo korisno za poboljšanje vaše igre kao i zatvoreni teren s dvije košare na razini kat.

Po čemu je staklenik poseban? Prvenstveno je riječ o količini svjetlosti, kontroliranoj temperaturi i količini vlage kojom biljke lako upravljaju. Neki staklenici posvećeni su „usjevima“ koji se ne jedu i koriste se samo dekorativno ili za posebne prigode, poput cvijeća. Na drugima se nalaze biljke iz kojih nastaju jestivi proizvodi, poput rajčice. Staklenici imaju staklene stropove koji služe i za propuštanje velike količine svjetlosti i za zadržavanje topline unutar strukture. Kad sunce zađe, vrućina se ne rasipa tako brzo kao na otvorenom, što omogućava cvjetanje biljaka koje ne podnose hladne noći.

S fizičkog stajališta, ono što zagrijava staklenik ista je stvar koja zagrijava unutrašnjost automobila po sunčanom danu. Infracrveno svjetlo kraćih valnih duljina ulazi u strukturu kroz staklo i nakon toga nevidljive, ali tople zrake poskakuju oko sebe postaju elektromagnetske energije duljih valnih duljina i imaju tendenciju da ostanu unutra, upijajući ih okruženje. Ova okolina, u stakleniku, uključuje lisnate površine biljaka koje koriste sunčevu svjetlost za pogon fotosinteze ili stvaranje glukoze (hrane) za energiju.

Glavni staklenički plinovi su ugljični dioksid, metan, vodena para i dušikov oksid. Te su molekule plina slabije povezane od većine molekula, pa kad im toplina udari imaju tendenciju vibrirati. Te vibrirajuće molekule oslobađaju toplinu, koju velik dio tada apsorbiraju susjedne molekule stakleničkih plinova. Ovaj ciklus održava zrak u blizini neobično toplim.

Većina se atmosfere sastoji od dušika koji čini preko tri četvrtine atmosfere i kisika koji čini oko jedne petine. Oba ova plina uključuju dva identična atoma (N₂ i O₂). Veze koje ove molekule drže zajedno čvrsto su i omogućuju malo vibracija, tako da ne zadržavaju dobro toplinu i stoga ne doprinose značajnije efektima staklenika.

Ugljikov dioksid (CO₂): Molekule ugljičnog dioksida čine samo mali dio atmosfere, ali unatoč tome vrlo snažno utječu na klimu. Otprilike sredinom 1850-ih, prije početka industrijske revolucije i pratećeg izgaranja ugljena, atmosfera je sadržavala oko 270 dijelova na milijun volumena (ppmv) CO₂. Ova se razina neprestano penjala dok je izgaranje ugljena i drugih fosilnih goriva, poput benzina, ispuštalo više plina u atmosferu. CO₂ razina u atmosferi sada iznosi oko 400 (ppmv), što je porast od 50 posto.

Protivnici cjelokupne ideje klimatskih promjena uzrokovanih čovjekom mogu ukazati na činjenicu da CO₂ čini tako mali dio atmosfere, čak i u ovo doba teške industrije, da ne može imati značajne učinke na klimu. Ovo je lako popularizirana ideja jer ima određenu dozu intuitivnog smisla. Ali također "ima smisla" da sićušna razina mikroskopskih bakterija u krvotoku, teška daleko manje od miligrama ukupno, nikako ne mogu biti dovoljni da izazovu ozbiljnu bolest i da male razine zmijskog otrova ne mogu biti opasne ili smrtonosan. Te su ideje besmislice, pa intuicija u znanosti može biti notorno loš vodič.

Metan (CH₄): Metan je moćan staklenički plin, sposoban apsorbirati znatno više topline, molekule za molekulu, nego što to može ugljični dioksid. Sastoji se od jednog atoma ugljika spojenog s četiri atoma vodika, CH₄, poput CO₂, nalazi se u malim količinama u atmosferi, ali može imati znatan utjecaj na globalno zagrijavanje. Stok emitira plin metan, a kao najjednostavnija molekula koja se kvalificira kao ugljikovodik koristi se i kao gorivo. Kada se metan sagorije, ugljični dioksid se ispušta u atmosferu kao nusproizvod, što metanu čini izravni i neizravni doprinos efektu staklenika.

Kao što je napomenuto, iako se samo mali dio plinova u Zemljinoj atmosferi kvalificira kao staklenički plinovi, ovi imaju značajan učinak na klimu, bilo da su tamo dospjeli kao rezultat prirodnih procesa ili zbog ljudi aktivnosti. Negdje tijekom 21. stoljeća, količina ugljičnog dioksida u atmosferi vjerojatno će biti dvostruko veća od one na početku stoljeća. Razina ostalih stakleničkih plinova, uglavnom metana i dušikovog oksida, također je u porastu. Količina stakleničkih plinova povećava se proporcionalno količini fosilnih goriva koja izgaraju, što izbacuje ne samo stakleničke plinove već i onečišćenje zraka u atmosferu. Staklenički plinovi pronalaze put u atmosferu i iz drugih izvora. Stoka ispušta plin metan tijekom probavljanja hrane. Uz to, naizgled benigni procesi mogu pridonijeti netrivijalnim količinama CO₂ mješavini. Na primjer, kako se cement izrađuje od vapnenca, oslobađa se ugljični dioksid.

S više stakleničkih plinova u atmosferi, stvarajući nešto poput nevidljivog stropa (za razliku od pravog staklenika), vjerojatnost da toplina prolazi prema gore da se zaustavi nego da uopće izađe iz atmosfere, jer dodatni staklenički plinovi apsorbiraju i zrače ovu toplinu kao infracrveni radijacija. Dio topline odnijet će se od Zemlje, ali dio će je apsorbirati obližnje molekule stakleničkih plinova, a dio će se opet vratiti na površinu Zemlje. Dakle, kroz razne mehanizme, dok se akumuliraju staklenički plinovi, planet se nastavlja zagrijavati. Ledenjaci se povlače, led na oba Zemljina pola se topi, oceani se zagrijavaju i postaju kiseliji, snijeg pokrivenost u cijelom svijetu smanjuje se, a katastrofalnih vremenskih događaja poput uragana postaje sve više opće mjesto.

Izrada vlastitog staklenika nije beznačajan projekt, ali s dovoljno ambicija to nije izvan mogućnosti strastvene osobe ili grupe. Bez obzira želite li zaštititi ljetne biljke zimi, započnite s proljetnim uređenjem biljaka ili jednostavno naučite malo o hortikulturi u zatvorenom, možete uspostaviti postavku za nekoliko stotina američkih dolara do nekoliko tisuću.