Hogyan működik az üvegház?

Az éghajlatváltozással (gyakran „globális felmelegedéssel” hívott) növekvő aggodalmaknak és az aggodalom körül kialakult nyelvnek köszönhetően valószínű, hogy minél többen fiatalabb emberek hallottak olyan kifejezéseket, mint "az üvegházhatás" és az "üvegházhatású gázok", mint voltak egy üvegházban, vagy tudják, milyen ilyen szerkezet van.

A gondozott üvegház békés és vizuálisan kellemes hely a látogatásra vagy a munkavégzésre, bár a környezet néhány ember ízlése szempontjából talán túl meleg és nedves. Az üvegházhatású gázokkal és a Föld éghajlatára gyakorolt ​​hatásukkal kapcsolatos aggodalmak azonban nem csábítóak, és a globális felmelegedéssel kapcsolatos aggodalmak évre aggasztóbbá válnak. Míg az igazi üvegházak nem felelősek a nevüket viselő hatásért, az alapelvek érdekes fizikai alapelvek tanulmányozását teszik lehetővé.

Az üvegházat azért nevezték el, mert növények termesztésére szánt szerkezet, és a legtöbb növény zöld, legalábbis részben. Nyilvánvaló, hogy otthonában is vannak növények, de az üvegházakat úgy építik, hogy maximalizálják a növények "kényelmét". Hasonlóképpen: aszfaltozott úttesten kosárlabdázhat egyetlen rögtönzött karika segítségével, de kevés azt állítja, hogy ez ugyanolyan hasznos a játék javításához, mint egy fedett, két kosaras pálya egy szinten padló.

Mitől különleges az üvegház? Elsősorban a fény mennyisége, az ellenőrzött hőmérséklet és a növények könnyen manipulálható nedvességtartalma. Egyes üvegházakat olyan "növényeknek" szentelnek, amelyeket nem esznek meg, és amelyeket csak dekoratív módon vagy különleges alkalmakra, például virágokra használnak. Mások olyan növényeket tartalmaznak, amelyek ehető termékeket hoznak létre, például paradicsomot. Az üvegházak üvegmennyezettel rendelkeznek, amelyek egyaránt nagy fénymennyiséget engednek magukba, és csapdába ejtik a hőt a szerkezet belsejében. Amikor lemegy a nap, a hő nem oszlik el olyan gyorsan, mint a szabadban, így azok a növények virágozhatnak, amelyek nem tűrik jól a hűvös éjszakákat.

Fizikai szempontból az, ami melegít egy üvegházat, ugyanaz, ami egy napsütéses napon felmelegíti az autó belsejét. A rövidebb hullámhosszú infravörös fény az üvegen keresztül jut be a szerkezetbe, és ezek után a láthatatlan, de meleg sugarak visszapattannak körül, hosszabb hullámhosszú elektromágneses energiává válnak, és hajlamosak bent maradni, felszívódva az energiájukba környéke. Ezek az üvegházi környezetek magukban foglalják a növények leveles felszínét, amelyek a napfény segítségével hajtják végre a fotoszintézist, vagy glükóz (étel) létrehozását az energiához.

A fő üvegházhatású gázok a szén-dioxid, a metán, a vízgőz és a dinitrogén-oxid. Ezek a gázmolekulák lazábban kapcsolódnak, mint a legtöbb molekula, így amikor a hő eléri őket, akkor rezegni szoktak. Ezek a vibráló molekulák hőt bocsátanak ki, amelynek nagy részét azután a szomszédos üvegházhatású gázmolekulák elnyelik. Ez a ciklus szokatlanul melegen tartja a környéken lévő levegőt.

A légkör legnagyobb része nitrogénből áll, amely a légkör több mint háromnegyedét teszi ki, és az oxigénből, amely körülbelül egyötödét teszi ki. Mindkét gáz két azonos atomot tartalmaz (N₂ és O₂). Az ezeket a molekulákat összetartó kötések szorosak és kis rezgést tesznek lehetővé, így nem tartják jól a hőt, és ezért nem járulnak hozzá jelentősen az üvegházhatáshoz.

Szén-dioxid (CO₂): A szén-dioxid-molekulák csak a légkör egy apró töredékét teszik ki, de ennek ellenére nagyon erős hatást gyakorolnak az éghajlatra. Az 1850-es évek közepe táján, az ipari forradalom kezdete és az ezzel járó szénégetés előtt a légkörben kb. 270 ppmv₂. Ez a szint folyamatosan emelkedett, mivel a szén és más fosszilis tüzelőanyagok, például a benzin égésével a gáz nagyobb része felszabadult a légkörbe. A CO₂ A légköri szint jelenleg körülbelül 400 (ppmv), ami 50 százalékos növekedést jelent.

Az ember okozta éghajlatváltozás teljes gondolatának ellenzői arra utalhatnak, hogy a CO₂ a légipar olyan kis részét teszi ki, még ebben a nehézipar korában is, hogy ennek semmilyen hatása nem lehet az éghajlatra. Ez egy könnyen népszerűsíthető ötlet, mivel bizonyos értelemben intuitív. De "van értelme" annak is, hogy a véráramban egy kis mennyiségű mikroszkopikus baktérium található, jóval kevesebb, mint egy milligramm összességében nem lehet elegendő súlyos betegség kialakulásához, és hogy a kígyóméreg apró szintje nem lehet veszélyes vagy halálos. Ezek az elképzelések nyilvánvalóan ostobaságok, ezért a tudományban az intuíció közismerten rossz útmutató lehet.

Metán (CH₄): A metán egy erőteljes üvegházhatású gáz, amely képes sokkal több hőt elnyelni, molekula molekula számára, mint amennyit a szén-dioxid képes. Négy hidrogénatomhoz kapcsolt egyetlen szénatomból áll, CH₄, mint a CO₂percenként megtalálható a légkörben, de jelentős hatással lehet a globális felmelegedésre. A metángázt az állatállomány bocsátja ki, és mint a legegyszerűbb szénhidrogénnek minősülő molekula, üzemanyagként is használják. A metán elégetésekor a szén-dioxid melléktermékként kerül a légkörbe, így a metán közvetlen és közvetett módon hozzájárul az üvegházhatáshoz.

Mint megjegyeztük, annak ellenére, hogy a Föld légkörében lévő gázoknak csak egy kis része minősül üvegházhatású gáznak, ezek jelentős hatással vannak az éghajlatra, függetlenül attól, hogy természetes folyamatok eredményeként jutottak-e oda, vagy emberi hatással tevékenységek. Valamikor a 21. század folyamán a szén-dioxid mennyisége valószínűleg kétszerese lesz a század elején mért értéknek. Az egyéb üvegházhatású gázok, elsősorban a metán és a dinitrogén-oxid szintje is növekszik. Az üvegházhatású gázok mennyisége növekszik az elégetett fosszilis tüzelőanyagok mennyiségével arányosan, ami nemcsak az üvegházhatású gázokat, hanem a légszennyezést is a légkörbe juttatja. Az üvegházhatású gázok más forrásokból is megtalálják a légkört. Az állatállomány metángázt bocsát ki az élelmiszer emésztése során. Ezenkívül a látszólag jóindulatú folyamatok nem triviális mennyiségű CO-t eredményezhetnek₂ a keverékhez. Például, mivel a cement mészkőből készül, szén-dioxid szabadul fel.

Ha több üvegházhatású gáz van a légkörben, ami láthatatlan mennyezethez hasonlót hoz létre (nem ellentétben a valódi üvegházzal), akkor valószínűbb, hogy a felfelé haladó hő meg kell állítani, mint hogy teljesen kijusson a légkörből, mert a további üvegházhatású gázok ezt a hőt infravörösként elnyelik, majd sugározzák sugárzás. A hő egy része elvezet a Földtől, de egy részét a közeli üvegházhatású gázmolekulák elnyelik, és néhányan ismét visszatérnek a Föld felszínére. Így az üvegházhatású gázok felhalmozódásának különféle mechanizmusai révén a bolygó tovább melegszik. A gleccserek visszahúzódnak, a jég a Föld mindkét pólusán megolvad, az óceánok felmelegednek és savasabbá válnak, hó világszerte csökken a lefedettség, és egyre nagyobbak a katasztrofális időjárási események, például a hurrikánok közhely.

Saját üvegház készítése nem triviális projekt, de kellő ambícióval nem haladja meg egy szenvedélyes ember vagy csoport eszközeit. Akár meg akarja védeni a nyári növényeket télen, kezdje meg a tavaszi tereprendezés növényeit, vagy csak tanuljon egy kicsit a beltéri kertészetről, néhány száz dollártól néhányig bárhová eljuthat ezer.