Как работает теплица?

Благодаря растущему беспокойству по поводу изменения климата (часто называемого "глобальным потеплением") и появлению формулировок, связанных с этой проблемой, вполне вероятно, что столько же молодые люди слышали такие термины, как «парниковый эффект» и «парниковые газы», ​​чем были внутри настоящих парниковых газов, или знают, что такое структура даже является.

Ухоженная оранжерея - это мирное и визуально приятное место для посещения или работы, хотя окружающая среда, возможно, слишком теплая и влажная на вкус некоторых людей. Однако опасения по поводу парниковых газов и их воздействия на климат Земли совсем не привлекательны, а озабоченность по поводу глобального потепления с каждым годом становится все более тревожной. Хотя настоящие теплицы не ответственны за эффект, носящий их название, лежащие в основе принципы делают интересным изучение некоторых основных физических принципов.

Теплица названа так потому, что это сооружение, предназначенное для выращивания растений, а большинство растений зеленые, по крайней мере частично. Очевидно, что в вашем доме тоже могут быть растения, но теплицы построены так, чтобы растениям был максимально комфортно. По аналогии, вы можете играть в баскетбол на асфальтовой дороге, используя одно импровизированное кольцо, но мало может утверждать, что это так же полезно для улучшения вашей игры, как и закрытый корт с двумя корзинами на уровне пол.

Что делает теплицу особенной? В первую очередь, это количество света, контролируемая температура и легко регулируемое количество влаги, которое получают растения. Некоторые теплицы предназначены для выращивания «сельскохозяйственных культур», которые не едят, и используются только в декоративных целях или для особых случаев, например, для выращивания цветов. Другие - это растения, из которых растут съедобные продукты, например, помидоры. Теплицы имеют стеклянные потолки, которые пропускают большое количество света и удерживают тепло внутри конструкции. Когда солнце садится, тепло рассеивается не так быстро, как на открытом воздухе, позволяя растениям, которые плохо переносят прохладные ночи, процветать.

С точки зрения физики теплица согревает то же самое, что согревает салон автомобиля в солнечный день. Более коротковолновый инфракрасный свет проникает в структуру через стекло, после чего невидимые, но теплые лучи отражаются вокруг они становятся длинноволновой электромагнитной энергией и, как правило, остаются внутри, поглощаясь своими окружение. Эти окружения в теплице включают лиственные поверхности растений, которые используют солнечный свет для стимулирования фотосинтеза или создания глюкозы (пищи) для получения энергии.

Основными парниковыми газами являются углекислый газ, метан, водяной пар и закись азота. Эти молекулы газа связаны более слабо, чем большинство молекул, поэтому, когда на них попадает тепло, они склонны вибрировать. Эти колеблющиеся молекулы выделяют тепло, большая часть которого затем поглощается соседними молекулами парникового газа. Этот цикл сохраняет воздух вокруг необычно теплым.

Большая часть атмосферы состоит из азота, который составляет более трех четвертей атмосферы, и кислорода, на который приходится около одной пятой. Оба этих газа содержат два одинаковых атома (N₂ и O₂). Связи, удерживающие эти молекулы вместе, плотные и допускают небольшую вибрацию, поэтому они плохо удерживают тепло и, следовательно, не вносят значительного вклада в парниковый эффект.

Двуокись углерода (CO₂): Молекулы углекислого газа составляют лишь крошечную часть атмосферы, но, тем не менее, они оказывают очень сильное влияние на климат. Примерно в середине 1850-х годов, до начала промышленной революции и сопутствующего сжигания угля, в атмосфере содержалось около 270 частей на миллион по объему (ppmv).₂. Этот уровень неуклонно повышается, поскольку сжигание угля и других ископаемых видов топлива, таких как бензин, приводит к выбросу большего количества газа в атмосферу. Сотрудничество₂ уровень в атмосфере сейчас составляет около 400 (ppmv), что на 50 процентов больше.

Противники самой идеи изменения климата, вызванного деятельностью человека, могут указать на то, что CO₂ составляет настолько малую часть атмосферы, даже в наш век тяжелой промышленности, что не может иметь значительного воздействия на климат. Это идея, которую легко популяризировать, поскольку она имеет определенный интуитивный смысл. Но также «имеет смысл» и то, что крошечный уровень микроскопических бактерий в кровотоке, весящий намного меньше миллиграмма в крови. всего, не может быть достаточно, чтобы вызвать серьезное заболевание, и этот крошечный уровень змеиного яда не может быть опасным или смертельный. Эти идеи - полная чушь, поэтому интуиция в науке может быть заведомо плохим ориентиром.

Метан (CH₄): Метан - мощный парниковый газ, способный поглощать значительно больше тепла, молекула за молекулой, чем углекислый газ. Состоящий из одного атома углерода, соединенного с четырьмя атомами водорода, CH₄, как CO₂, в незначительных количествах содержится в атмосфере, но он может оказать значительное влияние на глобальное потепление. Метан выделяется домашним скотом и, как простейшая молекула, которая квалифицируется как углеводород, также используется в качестве топлива. При сжигании метана в качестве побочного продукта в атмосферу выделяется углекислый газ, в результате чего метан прямо и косвенно способствует парниковому эффекту.

Как уже отмечалось, даже несмотря на то, что лишь крошечные доли газов в атмосфере Земли квалифицируются как парниковые газы, эти оказывают существенное влияние на климат, независимо от того, попали ли они туда в результате природных процессов или в результате человеческой виды деятельности. Когда-нибудь в 21 веке количество углекислого газа в атмосфере, вероятно, будет вдвое больше, чем в начале века. Уровни других парниковых газов, в основном метана и закиси азота, также растут. Количество парниковых газов увеличивается пропорционально количеству сжигаемого ископаемого топлива, в результате чего в атмосферу выбрасываются не только парниковые газы, но и загрязненный воздух. Парниковые газы попадают в атмосферу и из других источников. В процессе переваривания пищи домашний скот выделяет метан. Кроме того, кажущиеся безобидными процессы могут вносить нетривиальные количества CO.₂ к смеси. Например, при производстве цемента из известняка выделяется углекислый газ.

При большем количестве парниковых газов в атмосфере, создающих нечто вроде невидимого потолка (мало чем отличается от настоящей теплицы), более вероятно, что тепло будет проходить вверх. быть остановленным, чем полностью уйти из атмосферы, потому что дополнительные парниковые газы поглощают, а затем излучают это тепло в виде инфракрасного излучения. радиация. Часть тепла уйдет от Земли, но часть его будет поглощена ближайшими молекулами парникового газа, а часть снова вернется на поверхность Земли. Таким образом, по мере накопления парниковых газов, благодаря множеству механизмов, планета продолжает нагреваться. Ледники отступают, лед на обоих полюсах Земли тает, океаны нагреваются и становятся более кислыми, снег покрытие во всем мире уменьшается, а катастрофические погодные явления, такие как ураганы, становятся все более банальность.

Создание собственной теплицы - нетривиальный проект, но при наличии достаточных амбиций он не выходит за рамки возможностей увлеченного человека или группы. Если вы хотите защитить летние растения зимой, получить преимущество по выращиванию весенних озелененных растений или просто научиться немного о домашнем садоводстве, вы можете получить установку от нескольких сотен долларов США до нескольких тысяча.