Hvordan fungerer et drivhus?

Takket være økende bekymringer for klimaendringer (ofte kalt "global oppvarming") og språket som har dukket opp rundt denne bekymringen, er det sannsynlig at så mange yngre mennesker har hørt ord som "drivhuseffekten" og "klimagasser" enn de som har vært inne i et faktisk drivhus eller vet hva en slik struktur til og med har er.

Et velstelt drivhus er et fredelig og visuelt behagelig sted å besøke eller jobbe, selv om miljøet kanskje er for varmt og fuktig for noen menneskers smak. Bekymringer for klimagasser og deres innvirkning på jordens klima er imidlertid alt annet enn forlokkende, og bekymringene for global oppvarming blir mer bekymringsfulle for året. Mens ekte drivhus ikke er ansvarlige for effekten som bærer navnet sitt, gir de underliggende prinsippene en interessant studie av noen grunnleggende fysiske prinsipper.

Et drivhus heter så fordi det er en struktur beregnet på dyrking av planter, og de fleste planter er grønne, i det minste delvis. Åpenbart kan du også ha planter inne i hjemmet ditt, men drivhus er bygget for å maksimere "komforten" til planter. Som en analogi kan du spille basketball på en asfaltoppkjørsel ved hjelp av en enkelt provisorisk bøyle, men få vil hevde at dette er like nyttig for å forbedre spillet ditt som en innendørs to-kurvbane på et nivå gulv.

Hva gjør et drivhus spesielt? Primært er det mengden lys, den kontrollerte temperaturen og den lett manipulerte mengden fuktighet som planter får. Noen drivhus er viet til "avlinger" som ikke spises og brukes bare dekorativt eller til spesielle anledninger, for eksempel blomster. Andre har planter som gir opphav til spiselige produkter, for eksempel tomater. Drivhus har glastak, som begge tjener til å tillate en høy mengde lys og fange varme inne i strukturen. Når solen går ned, forsvinner ikke varmen så raskt som den gjør utendørs, slik at planter som ikke tåler kjølige netter godt kan blomstre.

Fra et fysikksynspunkt er det som varmer et drivhus det samme som varmer det indre av en bil på en solskinnsdag. Kortere bølgelengde infrarødt lys kommer inn i strukturen gjennom glasset, og etter disse usynlige, men varme strålene spretter rundt blir de lengre bølgelengde elektromagnetisk energi og har en tendens til å holde seg inne, og bli absorbert av deres omgivelser. Disse omgivelsene, i et drivhus, inkluderer de grønne overflatene på planter, som bruker sollys til å drive fotosyntese, eller dannelsen av glukose (mat) for energi.

De viktigste klimagassene er karbondioksid, metan, vanndamp og lystgass. Disse gassmolekylene er løsere forbundet enn de fleste molekyler, slik at når varme rammer dem, har de en tendens til å vibrere. Disse vibrerende molekylene frigjør varme, hvorav mye blir deretter absorbert av nærliggende klimagassmolekyler. Denne syklusen holder luften i nærheten uvanlig varm.

Mesteparten av atmosfæren består av nitrogen, som utgjør over tre fjerdedeler av atmosfæren, og oksygen, som utgjør omtrent en femtedel. Begge disse gassene inkluderer to identiske atomer (N₂ og O₂). Bindingene som holder disse molekylene sammen er tette og gir liten vibrasjon, slik at de ikke holder på varmen godt og dermed ikke bidrar vesentlig til drivhuseffekter.

Karbondioksid (CO₂): Karbondioksidmolekyler utgjør bare en liten brøkdel av atmosfæren, men de har likevel en veldig sterk effekt på klimaet. Rundt midten av 1850-tallet, før begynnelsen av den industrielle revolusjonen og tilhørende forbrenning av kull, holdt atmosfæren omtrent 270 deler per million volum (ppmv) CO₂. Dette nivået har jevnt og trutt klatret ettersom forbrenning av kull og andre fossile brensler, som bensin, har gitt mer av gassen ut i atmosfæren. CO₂ nivået i atmosfæren nå er på rundt 400 (ppmv), en økning på 50 prosent.

Motstandere av hele ideen om menneskeskapte klimaendringer kan peke på det faktum at CO₂ utgjør en så liten brøkdel av atmosfæren, selv i denne tungindustriens tid, at den umulig kan ha vesentlige effekter på klimaet. Dette er en lett populær ide, siden den gir en viss intuitiv mening. Men det er også "fornuftig" at et lite nivå av mikroskopiske bakterier i blodet, som veier langt mindre enn et milligram i totalt, kan umulig være tilstrekkelig til å forårsake alvorlig sykdom, og at små nivåer av slangegift umulig kan være farlig eller dødelig. Disse ideene er tydelig tull, så intuisjon, i vitenskapen, kan være en notorisk dårlig guide.

Metan (CH₄): Metan er en kraftig klimagass, med kapasitet til å absorbere betydelig mer varme, molekyl for molekyl, enn karbondioksid. Bestående av et enkelt karbonatom forbundet med fire hydrogenatomer, CH₄, som CO₂, finnes i små mengder i atmosfæren, men det kan ha en betydelig innvirkning på global oppvarming. Metangass slippes ut av husdyr, og som det enkleste molekylet som kvalifiserer som hydrokarbon, brukes det også som drivstoff. Når metan blir brent, frigjøres karbondioksid i atmosfæren som et biprodukt, noe som gjør metan både en direkte og indirekte bidragsyter til drivhuseffekten.

Som bemerket, selv om bare en liten brøkdel av gassene i jordens atmosfære kvalifiserer som klimagasser, er disse har en betydelig innvirkning på klimaet, enten de kom dit som et resultat av naturlige prosesser eller på grunn av menneskelige aktiviteter. En gang i det 21. århundre er det sannsynlig at mengden karbondioksid i atmosfæren vil være dobbelt så stor som den var ved begynnelsen av århundret. Også andre drivhusgasser, hovedsakelig metan og lystgass, øker. Mengden klimagasser øker proporsjonalt med mengden fossile brensler som blir brent, noe som ikke bare driver drivhusgasser, men også luftforurensning ut i atmosfæren. Klimagasser finner også veien ut i atmosfæren fra andre kilder. Husdyr frigjør metangass i løpet av fordøyelsen av maten. I tillegg kan tilsynelatende godartede prosesser bidra med ikke-trivielle mengder CO₂ til blandingen. Når for eksempel sement er laget av kalkstein, frigjøres karbondioksid.

Med flere klimagasser i atmosfæren, og skaper noe som et usynlig tak (ikke ulikt et ekte drivhus), er det mer sannsynlig at varmen som går oppover å bli stoppet enn å passere helt ut av atmosfæren, fordi de ekstra klimagassene absorberer og deretter utstråler denne varmen som infrarød stråling. Noe av varmen vil gå bort fra jorden, men noe vil bli absorbert av nærliggende drivhusgassmolekyler, og noen vil komme tilbake til jordoverflaten igjen. Dermed fortsetter planeten å varme seg gjennom en rekke mekanismer, mens klimagasser akkumuleres. Isbreer trekker seg tilbake, is på begge jordpolene smelter, havene varmes opp og blir surere, snø dekning over hele verden er redusert og katastrofale værhendelser som orkaner blir mer vanlig.

Å lage ditt eget drivhus er ikke noe trivielt prosjekt, men med nok ambisjoner er det ikke utenfor midlene til en lidenskapelig person eller gruppe. Enten du ønsker å beskytte sommerplanter om vinteren, få et forsprang på landskapsplanter om våren eller bare lære litt om innendørs hagebruk, kan du få et oppsett for alt fra noen få hundre amerikanske dollar til noen få tusen.