Ako funguje skleník?

Vďaka rastúcim obavám o zmenu podnebia (často sa hovorí „globálne otepľovanie“) a jazyku, ktorý okolo tejto obavy vznikol, je pravdepodobné, že toľko ľudí mladší ľudia počuli výrazy ako „skleníkový efekt“ a „skleníkové plyny“, ako boli v skutočnom skleníku, alebo vedia, aká je taká štruktúra, je.

Dobre udržiavaný skleník je pokojným a vizuálne príjemným miestom na návštevu alebo na prácu, hoci prostredie je pre vkus niektorých ľudí možno príliš teplé a vlhké. Obavy zo skleníkových plynov a ich účinkov na podnebie Zeme však nie sú ničím lákavým a obavy z globálneho otepľovania sú z roka na rok znepokojivejšie. Zatiaľ čo skutočné skleníky nie sú zodpovedné za účinok, ktorý nesie ich meno, základné princípy umožňujú zaujímavé štúdium niektorých základných fyzikálnych princípov.

Skleník sa tak volá preto, lebo je to štruktúra určená na pestovanie rastlín a väčšina rastlín je aspoň čiastočne zelená. Je zrejmé, že doma môžete mať rastliny aj vy, ale skleníky sú postavené tak, aby maximalizovali „pohodlie“ rastlín. Analogicky môžete hrať basketbal na asfaltovej príjazdovej ceste pomocou jedinej provizórnej obruče, ale len málo tvrdí, že je to rovnako užitočné pri zlepšovaní vašej hry ako kryté ihrisko s dvoma košmi na úrovni poschodie.

Čím je skleník výnimočný? Primárne je to množstvo svetla, kontrolovaná teplota a ľahko manipulovateľné množstvo vlhkosti, ktoré rastliny prijímajú. Niektoré skleníky sa venujú „plodinám“, ktoré sa nejedia, a používajú sa iba dekoratívne alebo na zvláštne príležitosti, napríklad na kvety. Iné obsahujú rastliny, z ktorých sa dajú vyrobiť jedlé produkty, ako sú napríklad paradajky. Skleníky majú sklenené stropy, ktoré slúžia na to, aby jednak prepúšťali veľké množstvo svetla, jednak aby zachytávali teplo vo vnútri konštrukcie. Keď zapadne slnko, teplo sa nerozptyľuje tak rýchlo ako vonku, čo umožňuje rozkvet rastlín, ktoré zle znášajú chladné noci.

Z hľadiska fyziky je to, čo ohrieva skleník, to isté, čo zahrieva interiér auta za slnečného dňa. Infračervené svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou vstupuje do štruktúry cez sklo a potom, čo sa tieto neviditeľné, ale teplé lúče odrazia okolo sa stanú elektromagnetickou energiou s dlhšou vlnovou dĺžkou a majú tendenciu zostať vnútri, absorbovaní ich okolie. Toto prostredie v skleníku zahŕňa listové povrchy rastlín, ktoré využívajú slnečné svetlo na fotosyntézu alebo tvorbu glukózy (potravy) na energiu.

Hlavnými skleníkovými plynmi sú oxid uhličitý, metán, vodná para a oxid dusný. Tieto molekuly plynu sú spojené voľnejšie ako väčšina molekúl, takže keď na ne udrie teplo, majú tendenciu vibrovať. Tieto vibrujúce molekuly uvoľňujú teplo, ktoré je potom absorbované susednými molekulami skleníkových plynov. Tento cyklus udržuje neobvykle teplý vzduch v okolí.

Väčšina atmosféry pozostáva z dusíka, ktorý tvorí viac ako tri štvrtiny atmosféry, a kyslíka, ktorý predstavuje asi jednu pätinu. Oba tieto plyny obsahujú dva identické atómy (N₂ a O.₂). Väzby, ktoré držia tieto molekuly pohromade, sú pevné a umožňujú malé vibrácie, takže nezachovávajú dobre teplo, a teda významne neprispievajú k skleníkovým efektom.

Oxid uhličitý (CO₂): Molekuly oxidu uhličitého tvoria iba nepatrný zlomok atmosféry, napriek tomu pôsobia veľmi silno na podnebie. Približne v polovici 18. rokov 18. storočia, pred začiatkom priemyselnej revolúcie a následným spaľovaním uhlia, atmosféra obsahovala okolo 270 častí na milión objemu (ppmv) CO₂. Táto úroveň sa neustále zvyšovala, pretože spaľovanie uhlia a iných fosílnych palív, napríklad benzínu, uvoľňovalo viac plynu do atmosféry. CO₂ hladina v atmosfére je teraz asi 400 (ppmv), čo je 50-percentné zvýšenie.

Odporcovia celej myšlienky zmeny klímy spôsobenej človekom môžu poukazovať na skutočnosť, že CO₂ tvorí tak malú časť atmosféry, dokonca aj v tomto veku ťažkého priemyslu, že nemôže mať výrazný vplyv na podnebie. Jedná sa o ľahko popularizovateľný nápad, pretože má určitý intuitívny zmysel. Ale tiež „dáva zmysel“, že malá hladina mikroskopických baktérií v krvi, ktorá váži oveľa menej ako miligram celkom, nemôže stačiť na to, aby spôsobila vážne ochorenie, a že nepatrná úroveň hadieho jedu nemôže byť nebezpečná alebo smrteľné. Tieto myšlienky sú zjavne nezmysly, takže intuícia vo vede môže byť notoricky chudobným sprievodcom.

Metán (CH₄): Metán je silný skleníkový plyn so schopnosťou absorbovať podstatne viac tepla, molekula pre molekulu, ako dokáže oxid uhličitý. Skladá sa z jediného atómu uhlíka spojeného so štyrmi atómami vodíka, CH₄, ako CO₂, sa nachádza v atmosfére v nepatrných množstvách, ale môže to mať značný vplyv na globálne otepľovanie. Plynný metán vylučujú hospodárske zvieratá a ako najjednoduchšia molekula, ktorá sa kvalifikuje ako uhľovodík, sa tiež používa ako palivo. Pri spaľovaní metánu sa oxid uhličitý uvoľňuje do atmosféry ako vedľajší produkt, čím sa metán priamo aj nepriamo podieľa na skleníkovom efekte.

Ako už bolo uvedené, aj keď len malá časť plynov v zemskej atmosfére sa kvalifikuje ako skleníkové plyny, sú to tieto plyny majú podstatný vplyv na podnebie, či už sa k nim dostali v dôsledku prírodných procesov alebo v dôsledku pôsobenia človeka činnosti. Niekedy v priebehu 21. storočia bude množstvo oxidu uhličitého v atmosfére pravdepodobne dvojnásobné ako na začiatku storočia. Zvyšuje sa tiež hladina ďalších skleníkových plynov, najmä metánu a oxidu dusného. Množstvo skleníkových plynov rastie úmerne s množstvom spaľovaných fosílnych palív, ktoré vylučuje nielen skleníkové plyny, ale aj znečisťovanie ovzdušia do atmosféry. Skleníkové plyny si nachádzajú cestu do atmosféry aj z iných zdrojov. Hospodárske zvieratá uvoľňujú metánový plyn pri trávení potravy. Okrem toho môžu zdanlivo benígne procesy prispievať netriviálnym množstvom CO₂ do mixu. Napríklad keď sa cement vyrába z vápenca, uvoľňuje sa oxid uhličitý.

S väčším počtom skleníkových plynov v atmosfére, ktoré vytvárajú niečo ako neviditeľný strop (nie na rozdiel od skutočného skleníka), je pravdepodobnejšie, že teplo bude stúpať nahor zastaviť, ako úplne vyjsť z atmosféry, pretože ďalšie skleníkové plyny toto teplo absorbujú a potom vyžarujú ako infračervené žiarenie žiarenie. Časť tepla bude smerovať ďaleko od Zeme, ale časť bude absorbovaná blízkymi molekulami skleníkových plynov a časť sa vráti späť na zemský povrch. Vďaka množstvu mechanizmov, keď sa hromadia skleníkové plyny, sa tak planéta naďalej otepľuje. Ľadovce ustupujú, ľad na oboch zemských póloch sa topí, oceány sa otepľujú a sú kyslejšie, sneh pokrytie na celom svete je znížené a katastrofických poveternostných javov, ako sú napríklad hurikány, sa stáva čoraz viac samozrejmosť.

Vyrobiť si vlastný skleník nie je žiadny triviálny projekt, ale s dostatočnými ambíciami to nie je nad možnosti vášnivého človeka alebo skupiny. Či už chcete chrániť letné rastliny v zimnom období, začnite s jarnými terénnymi úpravami alebo sa len učte trochu o záhradníctve v interiéri, môžete získať nastavenie kdekoľvek od niekoľkých stovák amerických dolárov po pár tisíc.