Hoe werkt een serre?

Dankzij de groeiende bezorgdheid over klimaatverandering (vaak "opwarming van de aarde" genoemd) en de taal die rond deze bezorgdheid is ontstaan, is het waarschijnlijk dat zo veel jongere mensen hebben termen als "het broeikaseffect" en "broeikasgassen" gehoord dan in een echte broeikas zijn geweest of weten wat zo'n structuur zelfs is.

Een goed onderhouden kas is een rustige en visueel aangename plek om te bezoeken of te werken, hoewel de omgeving voor sommige mensen misschien te warm en vochtig is. Bezorgdheid over broeikasgassen en hun effecten op het klimaat op aarde is echter allesbehalve aantrekkelijk, en zorgen over de opwarming van de aarde worden met het jaar zorgwekkender. Hoewel echte kassen niet verantwoordelijk zijn voor het effect dat hun naam draagt, zorgen de onderliggende principes voor een interessante studie van enkele fysieke basisprincipes.

Een kas wordt zo genoemd omdat het een structuur is die bedoeld is voor het kweken van planten, en de meeste planten zijn groen, althans gedeeltelijk. Natuurlijk kun je ook planten in huis hebben, maar kassen zijn gebouwd om het "comfort" van planten te maximaliseren. Bij wijze van analogie kun je basketballen op een asfalt oprit met een enkele geïmproviseerde hoepel, maar er zijn er maar weinig zou beweren dat dit net zo nuttig is om je spel te verbeteren als een indoorbaan met twee baskets op een niveau verdieping.

Wat maakt een serre bijzonder? In de eerste plaats is het de hoeveelheid licht, de gecontroleerde temperatuur en de gemakkelijk te manipuleren hoeveelheid vocht die planten ontvangen. Sommige kassen zijn gewijd aan "gewassen" die niet worden gegeten en alleen decoratief worden gebruikt of voor speciale gelegenheden, zoals bloemen. Anderen hebben planten die aanleiding geven tot eetbare producten, zoals tomaten. Kassen hebben glazen plafonds, die zowel dienen om veel licht binnen te laten als om warmte vast te houden in de structuur. Als de zon ondergaat, verdwijnt de warmte niet zo snel als buiten, waardoor planten die geen koele nachten verdragen goed kunnen gedijen.

Vanuit natuurkundig oogpunt is wat een kas verwarmt hetzelfde als het interieur van een auto op een zonnige dag. Infraroodlicht met een kortere golflengte komt de structuur binnen via het glas, en nadat deze onzichtbare maar warme stralen weerkaatsen rond, worden ze elektromagnetische energie met een langere golflengte en hebben ze de neiging om binnen te blijven, geabsorbeerd door hun omgeving. Deze omgeving, in een kas, omvat de bladoppervlakken van planten, die zonlicht gebruiken om de fotosynthese te stimuleren, of de aanmaak van glucose (voedsel) voor energie.

De belangrijkste broeikasgassen zijn koolstofdioxide, methaan, waterdamp en lachgas. Deze gasmoleculen zijn losser met elkaar verbonden dan de meeste moleculen, zodat ze de neiging hebben om te trillen als ze door hitte worden geraakt. Deze trillende moleculen geven warmte af, waarvan een groot deel vervolgens wordt geabsorbeerd door naburige broeikasgasmoleculen. Deze cyclus houdt de lucht in de omgeving ongewoon warm.

Het grootste deel van de atmosfeer bestaat uit stikstof, dat meer dan driekwart van de atmosfeer uitmaakt, en zuurstof, dat ongeveer een vijfde uitmaakt. Beide gassen bevatten twee identieke atomen (N₂ en O₂). De bindingen die deze moleculen bij elkaar houden, zijn stevig en laten weinig trillingen toe, dus ze houden de warmte niet goed vast en dragen daarom niet significant bij aan het broeikaseffect.

Kooldioxide (CO₂): Kooldioxidemoleculen vormen slechts een klein deel van de atmosfeer, maar hebben niettemin een zeer sterk effect op het klimaat. Rond het midden van de jaren 1850, vóór het begin van de industriële revolutie en de daarmee gepaard gaande verbranding van steenkool, bevatte de atmosfeer ongeveer 270 delen per miljoen volume (ppmv) CO₂. Dit niveau is gestaag gestegen naarmate de verbranding van steenkool en andere fossiele brandstoffen, zoals benzine, meer van het gas in de atmosfeer heeft vrijgegeven. de CO₂ Het niveau in de atmosfeer staat nu op ongeveer 400 (ppmv), een stijging van 50 procent.

Tegenstanders van het hele idee van door de mens veroorzaakte klimaatverandering kunnen wijzen op het feit dat CO₂ maakt zo'n klein deel van de atmosfeer uit, zelfs in dit tijdperk van zware industrie, dat het onmogelijk significante effecten op het klimaat kan hebben. Dit is een gemakkelijk populair idee, omdat het een zekere mate van intuïtieve betekenis heeft. Maar het is ook "logisch" dat een klein niveau van microscopisch kleine bacteriën in de bloedbaan, met een gewicht van veel minder dan een milligram in totaal, onmogelijk kan volstaan ​​om een ​​ernstige ziekte te veroorzaken, en dat kleine hoeveelheden slangengif onmogelijk gevaarlijk kunnen zijn of dodelijk. Deze ideeën zijn ronduit onzin, dus intuïtie kan in de wetenschap een notoir slechte gids zijn.

Methaan (CH₄): Methaan is een krachtig broeikasgas dat molecuul voor molecuul aanzienlijk meer warmte kan opnemen dan kooldioxide kan. Bestaande uit een enkel koolstofatoom verbonden met vier waterstofatomen, CH₄, zoals CO₂, wordt in minieme hoeveelheden in de atmosfeer aangetroffen, maar kan een aanzienlijke impact hebben op de opwarming van de aarde. Methaangas wordt uitgestoten door vee en, als het eenvoudigste molecuul dat kwalificeert als koolwaterstof, wordt het ook gebruikt als brandstof. Wanneer methaan wordt verbrand, komt koolstofdioxide als bijproduct in de atmosfeer terecht, waardoor methaan zowel direct als indirect bijdraagt ​​aan het broeikaseffect.

Zoals opgemerkt, hoewel slechts een klein deel van de gassen in de atmosfeer van de aarde worden aangemerkt als broeikasgassen, zijn deze hebben een substantieel effect op het klimaat, of ze daar nu zijn gekomen door natuurlijke processen of door menselijke activiteiten. Ergens in de 21e eeuw zal de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer waarschijnlijk twee keer zo hoog zijn als aan het begin van de eeuw. De niveaus van andere broeikasgassen, voornamelijk methaan en lachgas, nemen ook toe. De hoeveelheid broeikasgassen neemt toe in verhouding tot de hoeveelheid fossiele brandstoffen die wordt verbrand, waardoor niet alleen broeikasgassen, maar ook luchtvervuiling in de atmosfeer terechtkomt. Broeikasgassen komen ook uit andere bronnen in de atmosfeer terecht. Vee geeft methaangas af tijdens het verteren van voedsel. Bovendien kunnen schijnbaar goedaardige processen niet-triviale hoeveelheden CO. bijdragen₂ naar de mix. Als cement bijvoorbeeld wordt gemaakt van kalksteen, komt er koolstofdioxide vrij.

Met meer broeikasgassen in de atmosfeer, waardoor er zoiets als een onzichtbaar plafond ontstaat (vergelijkbaar met een echte broeikas), is de kans groter dat warmte naar boven gaat te stoppen dan helemaal uit de atmosfeer te verdwijnen, omdat de extra broeikasgassen deze warmte absorberen en vervolgens uitstralen als infrarood straling. Een deel van de warmte zal van de aarde wegstromen, maar een deel zal worden geabsorbeerd door nabijgelegen broeikasgasmoleculen, en een deel zal weer terugkeren naar het aardoppervlak. Dus door een verscheidenheid aan mechanismen, terwijl broeikasgassen zich ophopen, blijft de planeet opwarmen. Gletsjers trekken zich terug, ijs aan beide polen van de aarde smelt, de oceanen warmen op en worden zuurder, sneeuw de dekking wereldwijd is afgenomen en catastrofale weersomstandigheden zoals orkanen worden groter alledaags.

Het maken van je eigen kas is geen triviaal project, maar met genoeg ambitie gaat het niet boven de middelen van een gepassioneerd persoon of groep uit. Of u nu zomerplanten in de winter wilt beschermen, een voorsprong wilt nemen op tuinplanten in de lente of gewoon wilt leren een beetje over binnentuinbouw, je kunt een set-up krijgen voor overal van een paar honderd Amerikaanse dollars tot een paar duizend.