Właściwości gazów cieplarnianych

Globalne ocieplenie, który jest obecnie źródłem wielu obaw społecznych i naukowych, jest powodowany głównie przez gazy cieplarniane w atmosferze. Dobre zrozumienie ich właściwości fizycznych ma kluczowe znaczenie dla zarządzania i ograniczania globalnego ocieplenia. Naukowcy zidentyfikowali i przeanalizowali sposób powstawania i interakcji tych gazów oraz zmierzyli ich względny wkład w globalne ocieplenie.

Chociaż mniej niż jeden procent atmosfery składa się z gazów cieplarnianych, ich wpływ na globalne środowisko jest ogromny. Efekt cieplarniany wywołują gazy w ziemskiej atmosferze. Przychodząca energia słoneczna przechodzi przez atmosferę, która zatrzymuje powstałe ciepło i ogrzewa temperaturę przy powierzchni Ziemi. Efekt ten jest napędzany przez gazy cieplarniane, które wychwytują i zatrzymują ciepło. W konsekwencji energia wchodząca do atmosfery jest większa niż energia opuszczająca ją, a to stopniowo podnosi ogólną temperaturę na świecie.

Gazy cieplarniane najściślej związane z globalnym ociepleniem to dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu i fluorowęglowodory. Od początku ery przemysłowej znaczne ilości każdego z nich zostały dodane do atmosfery w wyniku działalności człowieka. Para wodna jest również gazem cieplarnianym, którego atmosfera jest dość bogata. Mniej jasna jest jednak rola działalności człowieka w tworzeniu pary wodnej. Oprócz tego, że są gazami cieplarnianymi, fluorowęglowodory mają inną szkodliwą właściwość. Mają tendencję do niszczenia warstwy ozonowej górnej atmosfery, która chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym. Jednak sam ozon jest również gazem cieplarnianym.

Trzy ważne właściwości gazu cieplarnianego to długość fali energii, którą gaz pochłania, ile energii pochłania i jak długo gaz pozostaje w atmosferze.

Cząsteczki gazów cieplarnianych pochłaniają energię w zakresie podczerwieni, którą zazwyczaj kojarzymy z ciepłem. Gazy cieplarniane pochłaniają ponad 90 procent energii atmosferycznej w bardzo wąskim zakresie widma energetycznego. Jednak energie absorpcji są różne dla każdego gazu cieplarnianego; razem pochłaniają energię w dużej części widma podczerwieni. Gazy cieplarniane pozostają w atmosferze od 12 lat w przypadku metanu do 270 lat w przypadku fluorowęglowodoru. Około połowa atmosferycznego dwutlenku węgla zniknie w pierwszym wieku po jego uwolnieniu, ale niewielka część przetrwa tysiące lat.

Potencjał powodowany przez gaz cieplarniany w zakresie globalnego ocieplenia mierzy jego wkład w globalne ocieplenie. Jego wartość opiera się na trzech kluczowych właściwościach, opisanych wcześniej. Ocieplający efekt gazu cieplarnianego, podzielony przez ocieplający efekt tej samej ilości dwutlenku węgla, równa się jego potencjałowi ocieplającemu.

Na przykład metan ma potencjał ocieplenia wynoszący 72 w ciągu 20 lat. Innymi słowy, jedna tona metanu miałaby taki sam efekt jak 72 tony dwutlenku węgla w ciągu 20 lat po ich uwolnieniu do atmosfery. Metan, tlenki azotu i fluorowęglowodory mają potencjał ocieplający znacznie wyższy niż węgiel dwutlenek, ale ten ostatni nadal pozostaje najważniejszym gazem cieplarnianym, ponieważ jest tak dużo much to.