Kaip veikia šiltnamis?

Dėl vis didėjančio susirūpinimo klimato kaita (dažnai vadinama „visuotiniu atšilimu“) ir dėl šio susirūpinimo atsiradusios kalbos, tikėtina, kad kuo daugiau jaunesni žmonės yra girdėję tokias sąvokas kaip „šiltnamio efektas“ ir „šiltnamio efektą sukeliančios dujos“, nei yra buvę tikrame šiltnamyje, arba žino, kokia tokia struktūra yra net yra.

Puikiai prižiūrimas šiltnamis yra rami ir vizualiai maloni vieta apsilankymui ar darbui, nors aplinka kai kurių žmonių skoniui galbūt yra per šilta ir drėgna. Vis dėlto susirūpinimas šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis ir jų poveikiu Žemės klimatui yra visai viliojantis, o susirūpinimas visuotiniu atšilimu iki metų vis labiau kelia nerimą. Nors tikri šiltnamiai nėra atsakingi už jų vardo poveikį, pagrindiniai principai leidžia įdomiai ištirti kai kuriuos pagrindinius fizinius principus.

Šiltnamis yra taip pavadintas, nes tai augalams auginti skirta konstrukcija, ir dauguma augalų bent iš dalies yra žali. Akivaizdu, kad augalų galite turėti ir savo namuose, tačiau šiltnamiai yra pastatyti taip, kad maksimaliai padidintų augalų „patogumą“. Pagal analogiją galima žaisti krepšinį ant asfaltuoto kelio, naudojant vieną laikiną ratlankį, tačiau nedaug tvirtina, kad tai yra naudinga jūsų žaidimui pagerinti, kaip uždarų patalpų, dviejų krepšių aikštelė grindis.

Kuo šiltnamis ypatingas? Visų pirma, tai yra šviesos kiekis, kontroliuojama temperatūra ir lengvai valdomas drėgmės kiekis, kurį gauna augalai. Kai kurie šiltnamiai skirti nevalgyti „pasėliams“, kurie naudojami tik dekoratyviai ar ypatingoms progoms, pavyzdžiui, gėlėms. Kituose augaluose yra valgomųjų produktų, pavyzdžiui, pomidorų. Šiltnamiuose yra stiklinės lubos, kurios padeda praleisti didelį šviesos kiekį ir sulaikyti šilumą konstrukcijos viduje. Saulei tekant, šiluma neišsisklaido taip greitai, kaip lauke, leidžianti klestėti gerai vėsių naktų netoleruojantiems augalams.

Žvelgiant iš fizikos pusės, tai, kas šildo šiltnamį, yra tas pats, kas saulėtą dieną šildo automobilio vidų. Trumpesnės bangos infraraudonųjų spindulių šviesa patenka į struktūrą per stiklą ir po šių nematomų, bet šiltų spindulių atšoka aplink, jie tampa ilgesnės bangos ilgio elektromagnetine energija ir linkę likti viduje, absorbuojami jų aplinką. Šioje šiltnamio aplinkoje yra lapiniai augalų paviršiai, kurie saulės šviesą naudoja fotosintezei arba gliukozės (maisto) gamybai energijai gauti.

Pagrindinės šiltnamio efektą sukeliančios dujos yra anglies dioksidas, metanas, vandens garai ir azoto oksidas. Šios dujų molekulės yra laisviau sujungtos nei dauguma molekulių, todėl, kai jas ištinka šiluma, jos linkusios vibruoti. Šios vibruojančios molekulės išskiria šilumą, kurios didžiąją dalį sugeria kaimyninės šiltnamio efektą sukeliančių dujų molekulės. Šis ciklas palaiko aplinkoje esantį orą neįprastai šiltą.

Didžiąją atmosferos dalį sudaro azotas, kuris sudaro daugiau kaip tris ketvirtadalius atmosferos, ir deguonis, kuris sudaro apie penktadalį. Abi šios dujos turi du identiškus atomus (N₂ ir O₂). Ryšiai, laikantys šias molekules, yra tvirti ir leidžia mažai vibruoti, todėl jie gerai neišlaiko šilumos ir todėl reikšmingai neprisideda prie šiltnamio efektų.

Anglies dioksidas (CO₂): Anglies dioksido molekulės sudaro tik mažą atmosferos dalį, tačiau jos vis dėlto labai stipriai veikia klimatą. Maždaug 1850-ųjų viduryje, prieš prasidedant pramoninei revoliucijai ir kartu deginant anglį, atmosferoje buvo apie 270 milijonųjų dalių tūrio (ppmv) CO₂. Šis lygis nuolat kilo, nes degant anglims ir kitam iškastiniam kurui, pavyzdžiui, benzinui, į atmosferą išmetama daugiau dujų. CO₂ atmosferos lygis dabar siekia apie 400 (ppmv), tai yra 50 procentų padidėjimas.

Visų žmonių sukeltų klimato pokyčių idėjos priešininkai gali nurodyti, kad CO₂ net ir šiame sunkiosios pramonės amžiuje sudaro tokią mažą atmosferos dalį, kad jokiu būdu negali turėti reikšmingo poveikio klimatui. Tai yra lengvai populiarinama idėja, nes ji turi tam tikrą intuityvų jausmą. Tačiau „prasminga“ ir tai, kad kraujyje yra nedidelis mikroskopinių bakterijų kiekis, sveriantis kur kas mažiau nei miligramą. iš viso negali pakakti, kad sukeltų sunkią ligą, ir kad maži gyvatės nuodų lygiai negali būti pavojingi ar mirtinas. Šios idėjos yra visiškai nesąmonė, todėl intuicija moksle gali būti žinomas prastas vadovas.

Metanas (CH₄): Metanas yra galingos šiltnamio efektą sukeliančios dujos, gebančios absorbuoti žymiai daugiau šilumos, molekulės molekulei, nei gali anglies dioksidas. Susideda iš vieno anglies atomo, sujungto su keturiais vandenilio atomais, CH₄, kaip ir CO₂, atmosferoje randama nedideliais kiekiais, tačiau tai gali turėti nemažą įtaką globaliniam atšilimui. Metano dujas išskiria gyvuliai, ir, kaip paprasčiausia molekulė, kuri laikoma angliavandeniliu, jos taip pat naudojamos kaip kuras. Deginant metaną, šalutinis produktas į atmosferą išsiskiria anglies dvideginiu, todėl metanas daro tiesioginį ir netiesioginį šiltnamio efekto poveikį.

Kaip pažymėta, nors šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis kvalifikuojamos tik nedidelės Žemės atmosferos dujų dalys turi didelę įtaką klimatui, nesvarbu, ar jie ten pateko dėl natūralių procesų, ar dėl žmogaus veikla. Kažkada XXI amžiuje anglies dvideginio kiekis atmosferoje greičiausiai bus dvigubai didesnis nei amžiaus pradžioje. Kitų šiltnamio efektą sukeliančių dujų, daugiausia metano ir azoto oksido, lygis taip pat didėja. Šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis didėja proporcingai deginamų iškastinių degalų kiekiui, kuris į atmosferą išmeta ne tik šiltnamio efektą sukeliančias dujas, bet ir oro taršą. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos patenka į atmosferą ir iš kitų šaltinių. Gyvuliai virškindami maistą išskiria metano dujas. Be to, iš pažiūros gerybiniai procesai gali sukelti nereikšmingus CO kiekius₂ prie mišinio. Pavyzdžiui, kai cementas gaminamas iš kalkakmenio, išsiskiria anglies dioksidas.

Atmosferoje esant daugiau šiltnamio efektą sukeliančių dujų, sukuriant panašias į nematomas lubas (ne kitaip nei realiame šiltnamyje), šiluma greičiausiai eina aukštyn sustabdyti, nei visiškai išeiti iš atmosferos, nes papildomos šiltnamio efektą sukeliančios dujos sugeria ir paskleidžia šią šilumą kaip infraraudonųjų spindulių radiacija. Dalis šilumos nukryps nuo Žemės, tačiau dalį jos sugers šalia esančios šiltnamio efektą sukeliančių dujų molekulės, o dalis vėl grįš į Žemės paviršių. Taigi, naudojant įvairius mechanizmus, kaupiantis šiltnamio efektą sukeliančioms dujoms, planeta toliau šyla. Ledynai atsitraukia, ledas abiejuose Žemės poliuose ištirpsta, vandenynai sušyla ir tampa rūgštesni, sninga visame pasaulyje sumažėja, o katastrofiškų orų reiškinių, tokių kaip uraganai, vis daugėja kasdienybė.

Pasigaminti savo šiltnamį nėra nereikšmingas projektas, tačiau turint pakankamai ambicijų, jis neapsiriboja aistringo žmogaus ar grupės galimybėmis. Nesvarbu, ar norite apsaugoti vasaros augalus žiemą, ar iš anksto sužinokite apie pavasarinius kraštovaizdžio augalus, ar tiesiog mokykitės Šiek tiek apie patalpų sodininkystę galite įsigyti nuo kelių šimtų JAV dolerių iki kelių tūkstantis.