כיצד עובדת חממה?

הודות לחששות הגוברים לגבי שינויי אקלים (המכונים לעתים קרובות "התחממות כדור הארץ") והשפה שצצה סביב חשש זה, סביר להניח שכמה שיותר אנשים צעירים יותר שמעו מונחים כמו "אפקט החממה" ו"גזי החממה "מאשר היו בתוך חממה בפועל או יודעים איזה מבנה כזה אפילו הוא.

חממה מטופחת היא מקום לבקר או לעבוד בו בשלווה ונעימה מבחינה ויזואלית, אם כי הסביבה אולי חמה מדי ולחה מדי לטעמם של אנשים מסוימים. החששות מפני גזי החממה והשפעותיהם על אקלים כדור הארץ, לעומת זאת, אינם אלא מפתים, והדאגות לגבי ההתחממות הגלובלית הולכות ומדאיגות יותר משנה לשנה. אמנם חממות אמיתיות אינן אחראיות להשפעה הנושאת את שמם, אך העקרונות הבסיסיים גורמים לחקר מעניין בכמה עקרונות פיזיים בסיסיים.

חממה נקראת כך מכיוון שהיא מבנה המיועד לגידול צמחים, ורוב הצמחים הם ירוקים, לפחות בחלקם. ברור שאפשר שיהיו לכם צמחים גם בבית, אך חממות בנויים למקסם את ה"נוחות "של הצמחים. בדרך של אנלוגיה, אתה יכול לשחק כדורסל על שביל אספלט באמצעות חישוק מאולתר יחיד, אך מעטים יטענו שזה מועיל לשיפור המשחק שלך כמו מגרש מקורה ושני סלים ברמה קוֹמָה.

מה מייחד חממה? בעיקר מדובר בכמות האור, הטמפרטורה הנשלטת והכמות שמקבלים צמחי לחות מניפולטיביים בקלות. יש חממות המוקדשות ל"גידולים "שאינם נאכלים ומשמשים רק בעיטור או לאירועים מיוחדים, כמו פרחים. אחרים כוללים צמחים שמולידים מוצרים למאכל, כמו עגבניות. בחממות תקרות זכוכית, המשמשות את שניהם לכניסת כמות גבוהה של אור ולוכדים חום בתוך המבנה. כאשר השמש שוקעת, החום לא מתפוגג במהירות כמו בחוץ, ומאפשר לצמחים שאינם סובלים לילות קרירים לפרוח היטב.

מנקודת מבט של פיזיקה, מה שמחמם חממה הוא אותו הדבר שמחמם את פנים המכונית ביום שמש. אור אינפרא אדום קצר יותר נכנס למבנה דרך הזכוכית, ואחרי שקרניים בלתי נראות אך חמות קופצות מסביב, הם הופכים לאנרגיה אלקטרומגנטית באורך גל ארוך יותר ונוטים להישאר בפנים ונספגים על ידי שלהם הסביבה. סביבה זו, בחממה, כוללת את המשטחים העלים של הצמחים, המשתמשים באור השמש בכדי להניע פוטוסינתזה, או יצירת גלוקוז (מזון) לאנרגיה.

גזי החממה העיקריים הם פחמן דו חמצני, מתאן, אדי מים ותחמוצת החנקן. מולקולות הגז הללו מחוברות באופן רופף יותר מרוב המולקולות, כך שכאשר חום מכה בהן, הן נוטות לרטוט. מולקולות רוטטות אלה משחררות חום, שחלק ניכר ממנו נספג במולקולות שכנות של גזי חממה. מחזור זה שומר על חום יוצא דופן של האוויר בסביבה.

רוב האטמוספירה מורכבת מחנקן, המהווה למעלה משלושה רבעים מהאטמוספרה, וחמצן, המהווה כחמישית. שני הגזים הללו כוללים שני אטומים זהים (N₂ ו- O₂). הקשרים המחזיקים את המולקולות הללו הדוקים ומאפשרים רטט מועט, כך שהם אינם שומרים על החום היטב ולכן אינם תורמים באופן משמעותי להשפעות החממה.

פחמן דו חמצני (CO₂): מולקולות פחמן דו חמצני מהוות רק חלק זעיר מהאטמוספרה, אך עם זאת הן משפיעות מאוד על האקלים. בסביבות אמצע שנות ה -50 של המאה העשרים, לפני תחילת המהפכה התעשייתית ושריפת הפחם הנלווית, האווירה החזיקה בכ -270 חלקים למיליון נפח (עמודים לדקה) של CO₂. רמה זו טיפסה בהתמדה כאשר שריפת הפחם ודלקים מאובנים אחרים, כמו בנזין, שיחררו יותר מהגז לאטמוספירה. CO₂ הרמה באטמוספירה עומדת כעת על כ -400 (עמודים לדקה), עלייה של 50 אחוזים.

המתנגדים לכל הרעיון של שינויי אקלים שנגרמו על ידי האדם עשויים להצביע על העובדה ש- CO₂ מהווה חלק קטן כל כך מהאטמוספירה, גם בעידן זה של התעשייה הכבדה, עד שאינה יכולה להשפיע משמעותית על האקלים. זהו רעיון פופולרי בקלות, מכיוון שהוא הגיוני במידה מסוימת של אינטואיטיביות. אבל זה גם "הגיוני" שרמה זעירה של חיידקים מיקרוסקופיים בזרם הדם, במשקל הרבה פחות ממיליגרם ב סך הכל, לא יכול להספיק כדי לגרום למחלה קשה, וכי רמות זעירות של ארס נחשים לא יכולות להיות מסוכנות או קָטלָנִי. רעיונות אלה הם שטויות בעליל, ולכן האינטואיציה במדע יכולה להיות מדריך גרוע לשמצה.

מתאן (CH₄): מתאן הוא גז חממה רב עוצמה, בעל יכולת לספוג הרבה יותר חום, מולקולה למולקולה, מכפי שיכול פחמן דו חמצני. המורכב מאטום פחמן יחיד המחובר לארבעה אטומי מימן, CH₄, כמו CO₂, נמצא בכמויות זעירות באטמוספירה, אך יכולה להיות לו השפעה ניכרת על ההתחממות הגלובלית. גז מתאן נפלט על ידי בעלי חיים, וכמו המולקולה הפשוטה ביותר שמתאימה לפחמימן, הוא משמש גם כדלק. כאשר נשרף מתאן, פחמן דו חמצני משתחרר לאטמוספרה כתוצר לוואי, מה שהופך את המתאן לתורם ישיר ועקיף להשפעת החממה.

כאמור, למרות שרק שברים זעירים מהגזים באטמוספירה של כדור הארץ כשירים לגזי חממה, אלה יש השפעה משמעותית על האקלים, בין אם הם הגיעו לשם כתוצאה מתהליכים טבעיים ובין אם בגלל אנושיים פעילויות. מתישהו במהלך המאה ה -21, כמות הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה עשויה להיות כפולה ממה שהיתה בתחילת המאה. גם רמות גזי החממה האחרים, בעיקר מתאן ותחמוצת החנקן, בעלייה. כמות גזי החממה גדלה באופן יחסי לכמות הדלקים המאובנים הנשרפים, מה שמוציא לא רק גזי חממה אלא גם זיהום אוויר לאטמוספירה. גזי חממה מוצאים את דרכם לאטמוספירה גם ממקורות אחרים. בעלי חיים משחררים גז מתאן במהלך עיכול המזון. בנוסף, תהליכים שפירים לכאורה יכולים לתרום כמויות לא-טריוויאליות של CO₂ לתערובת. לדוגמא, כאשר המלט עשוי מאבן גיר, פחמן דו חמצני משתחרר.

עם יותר גזי חממה באטמוספרה, היוצרים משהו כמו תקרה בלתי נראית (לא כמו חממה אמיתית), סביר יותר לחום שעובר מעלה. להיעצר מאשר לעבור לגמרי מהאטמוספירה, מכיוון שגזי החממה הנוספים סופגים את החום הזה ואז מקרינים אותו כאינפרא אדום קְרִינָה. חלק מהחום יתרחק מכדור הארץ, אך חלקו ייספג על ידי מולקולות גזי חממה בקרבת מקום, וחלקו יחזור שוב אל פני כדור הארץ. כך, באמצעות מגוון מנגנונים, כאשר גזי החממה מצטברים, כדור הארץ ממשיך להתחמם. קרחונים נסוגים, קרח בשני קטבי כדור הארץ נמס, האוקיאנוסים מתחממים ונעשים חומציים יותר, שלג הכיסוי ברחבי העולם פוחת ואירועי מזג אוויר קטסטרופליים כמו הוריקנים הופכים ליותר ויותר דָבָר רָגִיל.

הכנת חממה משלך איננה פרויקט של מה בכך, אך עם שאיפה מספקת, אין זה מעבר לאמצעי של אדם או קבוצה נלהבים. בין אם ברצונך להגן על צמחי קיץ בחורף, לקבל התחלה לצמחי גינון באביב או סתם ללמוד קצת בנושא גננות מקורה, אתה יכול להשיג מערך של כמה מאות דולרים אמריקאים לכמה אלף.