UČINAK STAKLENE BAŠTE: KAKO NASTAJE, UZROCI, PLINOVI, POSLJEDICE - OKOLIŠ - 2025

Učinak staklenika prirodan je proces u kojem atmosfera zadržava dio infracrvenog zračenja koje emitira Zemlja i na taj način ga zagrijava. Ovo infracrveno zračenje dolazi od zagrijavanja koje se na zemljinoj površini stvara sunčevim zračenjem.

Do ovog procesa dolazi zato što Zemlja kao neprozirno tijelo apsorbira sunčevo zračenje i emitira toplinu. U isto vrijeme, otkad postoji atmosfera, toplina ne bježi potpuno u svemir.

Shema efekta staklene bašte. Izvor: Robert A. Rohde (let zmajeva na engleskoj Wikipediji), prijevod na španjolski felix, adaptacijski izgled Basquetteur

Dio topline apsorbira se i ponovno emitira u svim smjerovima plinovima koji čine atmosferu. Dakle, Zemlja održava određenu toplinsku ravnotežu koja uspostavlja prosječnu temperaturu od 15 ºC, jamčeći različit raspon u kojem se život može razvijati

Izraz "efekt staklenika" sličan je plastenicima za uzgoj biljaka u klimatskim klimama gdje je temperatura okoline niža od potrebne. U tim rastućim kućama plastični ili stakleni krov omogućuje prolazak sunčeve svjetlosti, ali sprečava izlazak topline.

Na taj se način održava topla mikroklima povoljna za razvoj biljaka, bez obzira na niže vanjske temperature.

Najrelevantniji plinovi u efektu staklene bašte su vodena para, ugljični dioksid (CO2) i metan. Zatim, kao rezultat zagađenja koje stvaraju ljudi, uključuju se i drugi plinovi i razina CO2 raste.

CO2 plinovi, vodena para i metan u atmosferi

Ti plinovi uključuju dušikove okside, hidrofluorougljikovodike, perfluorirane ugljikovodike, sumporni heksafluorid i klorofluoroogljikovodike.

Je li efekt staklenika dobar ili loš?

Učinak staklenika ključan je za život na Zemlji, jer jamči odgovarajući raspon temperature za njegovo postojanje. Većina biokemijskih procesa zahtijeva temperaturu između -18 ° C i 50 ° C.

U geološkoj prošlosti postojala su kolebanja prosječne temperature Zemlje, bilo da se povećavaju ili smanjuju. U posljednja dva stoljeća odvijao se proces neprekidnog porasta globalne temperature.

Razlika je u tome što je trenutno stopa porasta osobito visoka i čini se da je povezana s ljudskom aktivnošću. Ove aktivnosti stvaraju stakleničke plinove koji naglašavaju tu pojavu.

U čemu je onda problem?

Ljudi uporno dodaju zagađivače u okoliš od sredine 18. stoljeća, kao rezultat industrijalizacije. Među tim zagađivačima je i emisija plinova koji doprinose efektu staklenika, bilo zato što apsorbiraju toplinu ili oštećuju ozonski omotač.

Ozonski omotač nalazi se u gornjem dijelu stratosfere i filtrira ultraljubičasto (više energetsko) sunčevo zračenje. Što više ultraljubičasto zračenje ima više topline i uz to može stvoriti mutagene učinke.

S druge strane, plinovi koji zadržavaju toplinu, kao što su CO2 i metan, smanjuju gubitak topline od emisije sa Zemlje. Dok su među plinovima koji oštećuju ozonski omotač svi spojevi fluora i klora.

Posljedice porasta efekta staklenika su porast Zemljine temperature. To zauzvrat uzrokuje niz klimatskih promjena, uključujući taljenje polarnog i ledenjačkog leda.

Kako se proizvodi efekt staklenika?

- Zemljina atmosfera

Slojevi atmosfere

Razumijevanje osnovnih elemenata kemijskog sastava i strukture atmosfere ključno je za razumijevanje učinka staklenika.

Kemijski sastav Zemljine atmosfere

U sastavu Zemljine atmosfere dominira dušik (N), 79%, a kisik (O2) 20%. Preostalih 1% čine razni plinovi, od kojih su najbrojniji Argon (Ar = 0,9%) i CO2 (0,03%).

Ti plinovi ne mogu apsorbirati sunčevu svjetlost, tj. Kratkovalnu energiju koju emitira Sunce (vidljivi i ultraljubičasti spektar).

Slojevi atmosfere

Najveći udio atmosferskih plinova koncentriran je u traci koja ide sa zemljine površine do 50 km visine. To je zbog privlačnosti koju gravitaciona sila stvara na plinove koji čine atmosferu.

U tih prvih 50 km atmosfere prepoznaju se dva sloja, prvi s visine od 0 do 10 km, a drugi s visine od 10 do 50 km. Prvi se naziva troposfera i koncentrira približno 75% plinovite mase atmosfere.

Druga je stratosfera koja koncentrira 24% atmosferske plinovite mase, a u njegovom gornjem dijelu je ozonski sloj. Ozonski omotač ključan je za razumijevanje efekta staklenika, budući da je odgovoran za fiksiranje ultraljubičastih zraka sa Sunca.

Iako se nad tim slojevima atmosfere protežu još tri sloja, dva najniža su presudni faktori stakleničkih učinaka.

- Efekt staklenika

Glavni elementi procesa kojim se stvara efekt staklenika su Sunce, Zemlja i atmosferski plinovi. Sunce je izvor energije, Zemlja primatelj te energije i odašiljač topline i plinova igraju različite uloge prema svojim svojstvima.

Solarna energija

Sunce u osnovi emitira visokoenergetsko zračenje, što odgovara vidljivoj i ultraljubičastoj valnoj duljini elektromagnetskog spektra. Temperatura emisije ove energije doseže 6000 ° C, ali većina se razilazi na putu.

Od 100% sunčeve energije koja dospije u atmosferu, oko 30% se odražava na svemir (albedo efekt). 20% apsorbira u atmosferu, uglavnom suspendirane čestice i ozonski omotač, a preostalih 50% zagrijava zemaljsku površinu. Ovaj videozapis odražava ovaj postupak:

Zemlja

Kao i svako tijelo, Zemlja emitira zračenje, što je u ovom slučaju dugovalno zračenje (infracrveno). Infracrveno zračenje koje emitira Zemlja dolazi iz svog žarulja (geotermalna energija), ali temperatura emisije je niska (gotovo 0 ° C).

Međutim, Zemlja prima sunčevu energiju koja je također zagrijava i emitira dodatno infracrveno zračenje.

S druge strane, Zemlja odražava važan dio sunčevog zračenja zbog svog albeda (svjetlosnog tona ili bjeline). Ovaj albedo uglavnom nastaje zbog oblaka, vodenih voda i leda.

Uzimajući u obzir albedo i udaljenost od planeta do Sunca, temperatura Zemlje trebala bi biti -18 ºC (efektivna temperatura). Efektivna temperatura odnosi se na ono što bi tijelo trebalo imati samo s obzirom na albedo i udaljenost.

Međutim, stvarna prosječna temperatura Zemlje kreće se oko 15 ° C s razlikom od 33 ° C u odnosu na efektivnu temperaturu. U ovoj izrazitoj razlici između stvarne i stvarne temperature atmosfera igra temeljnu ulogu.

Atmosfera

Ključ temperature Zemlje je njezina atmosfera, da nije postojala, planet bi bio trajno zaleđen. Atmosfera je prozirna većem dijelu kratkovalnog zračenja, ali ne i velikom dijelu dugovalnog (infracrvenog) zračenja.

Propuštajući sunčevo zračenje, Zemlja se zagrijava i emitira infracrveno zračenje (toplinu), ali atmosfera apsorbira dio te topline. Na taj način slojevi atmosfere i oblaci postaju vrući i emitiraju toplinu u svim smjerovima.

Efekt staklenika

Proces globalnog zagrijavanja atmosferskim zadržavanjem infracrvenog zračenja poznat je kao efekt staklenika.

Staklenik u Kew Gardens (Engleska). Izvor:

Ime potječe od poljoprivrednih staklenika, gdje se uzgajaju vrste koje zahtijevaju višu temperaturu od postojeće u proizvodnom području. Za to ove rastuće kuće imaju krov koji omogućava prolazak sunčeve svjetlosti, ali zadržava odašilju toplinu.

Na taj je način moguće stvoriti toplu mikroklimu za one vrste koje to zahtijevaju u svom rastu.

uzroci

Iako je efekt staklenika prirodan proces, on se mijenja ljudskim djelovanjem (antropnim djelovanjem). Stoga je potrebno razlikovati prirodne uzroke pojave i antropske promjene.

- Prirodni uzroci

Solarna energija

Kratkovalno (visokoenergetsko) elektromagnetsko zračenje iz Sunca je ono što zagrijava Zemljinu površinu. To zagrijavanje izaziva emisiju dugovalnog (infracrvenog) zračenja, tj. Topline, u atmosferu.

Geotermalna energija

Središte planete je sa žarnom niti i stvara dodatnu toplinu od one koju uzrokuje sunčeva energija. Ta se toplina prenosi putem zemljine kore uglavnom putem vulkana, fumarola, gejzira i drugih vrućih izvora.

Atmosferski sastav

Svojstva plinova koji čine atmosferu određuju da sunčevo zračenje dopire do Zemlje i da se infracrveno zračenje djelomično zadržava. Neki plinovi poput vodene pare, CO2 i metana posebno su učinkoviti u zadržavanju atmosferske topline.

Prirodni doprinosi stakleničkih plinova

Oni plinovi koji zadržavaju infracrveno zračenje zbog zagrijavanja Zemljine površine nazivaju se staklenički plinovi. Ti se plinovi stvaraju prirodno kao CO2 koji pridonosi disanju živih bića.

Okeani također razmjenjuju velike količine CO2 s atmosferom, a prirodni požari također doprinose CO2. Okeani su prirodni izvor drugih stakleničkih plinova poput dušikovog oksida (NOx).

S druge strane, mikrobna aktivnost u tlima je također izvor CO2 i NOx. Uz to, probavni procesi životinja doprinose velikim količinama metana u atmosferi.

- Antropogeni uzroci

Proizvodnja topline

Ljudske aktivnosti ne samo da doprinose plinovima koji povećavaju efekt staklenika, već također osiguravaju dodatnu toplinu. Dio isporučene topline dolazi od sagorijevanja fosilnih goriva, a drugi iz smanjenja učinka albedo.

Raspodjela temperature na zemljinoj površini. Izvor:

Do potonjeg dolazi zbog veće apsorpcije sunčeve energije tamnim umjetnim površinama poput asfalta. Različita ispitivanja pokazuju da veliki gradovi stvaraju neto unos topline između 1,5 i 3 ° C.

Industrijske djelatnosti

Industrija općenito emitira dodatnu toplinu u atmosferu kao i razne plinove koji utječu na efekt staklenika. Ti plinovi mogu apsorbirati i emitirati toplinu (npr.: CO2) ili uništiti ozonski omotač (npr.: NOx, CFC i drugi).

Automobilski promet

Velika koncentracija vozila u gradovima odgovorna je za većinu CO2 koji se dodaje u atmosferu. Automobilski promet doprinosi oko 20% ukupnog CO2 nastalog izgaranjem fosilnih goriva.

Proizvodnja električne energije i grijanja

Izgaranje ugljena, plina i naftnih derivata za proizvodnju električne energije i grijanja doprinosi gotovo 50% CO2.

Proizvodna i građevinska industrija

Zajedno, ove industrijske aktivnosti doprinose gotovo 20% CO2 proizvedenog izgaranjem fosilnih goriva.

šumski požari

Šumski požari također su uzrokovani ljudskim aktivnostima i godišnje u atmosferu ispuštaju milijune tona stakleničkih plinova.

Odlagališta otpada

Akumulacija otpada i fermentacijski procesi koji se odvijaju, kao i spaljivanje navedenog otpada, izvor su stakleničkih plinova.

uzgoj

Poljoprivredna aktivnost godišnje doprinosi više od 3 milijuna tona plina metana u atmosferu. Među usjevima koji u tom smislu najviše doprinose je i riža.

U slučaju riže, doprinos metana dolazi iz ekosustava kojeg generira njegov sustav uzgoja. To je zato što se riža sadi u limu vode, stvarajući tako umjetnu močvaru.

U močvarama bakterije razgrađuju organske tvari u anaerobnim uvjetima stvarajući metan. Ova usjeva može pridonijeti do 20% metana ubrizganog u atmosferu.

Druga kultura čije gospodarenje stvara stakleničke plinove je šećerna trska, jer se spaljuje prije žetve i stvara veliku količinu CO2.

Životinja koja se preživljava

Preživari poput krava konzumiraju vlaknastu travu kroz fermentacijske procese koje provode bakterije u svom probavnom sustavu. Navedena fermentacija dnevno otpušta 3 do 4 litre plina metana u atmosferu za svaku životinju.

Samo s obzirom na goveda, procjenjuje se doprinos jednak 5% stakleničkih plinova.

- Lančana reakcija

Porast globalne temperature koji uzrokuje povećanje stakleničkih plinova, izaziva lančanu reakciju. Kako temperatura oceana raste, ispuštanje CO2 u atmosferu raste.

Isto tako, otapanje stupova i permafrost oslobađa CO2 koji je tamo zarobljen. Također pri višim temperaturama okoline dolazi do većih pojava šumskih požara i više CO2 se oslobađa.

Staklenički plinovi

Neki plinovi poput vodene pare i CO2 djeluju u prirodnom procesu efekta staklenika. Sa svoje strane, antropski proces uključuje i druge plinove uz CO2.

Krivulje globalnog trenda nakupljanja različitih stakleničkih plinova. Izvor: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivativni rad: Ortisa (razgovori) izvedenica: Ortisa

Kjotski protokol predviđa emisiju šest stakleničkih plinova, uključujući ugljični dioksid (CO2) i metan (CH4). Također, dušični oksid (N2O), hidrofluorougljik (HFC), perfluorirani ugljikovodik (PFC) i sumporni heksafluorid (SF6).

Vodena para

Vodena para jedan je od najvažnijih stakleničkih plinova zbog svoje sposobnosti apsorbiranja topline. Međutim, stvara se ravnoteža jer voda u tekućem i čvrstom stanju odražava solarnu energiju i hladi Zemlju.

Ugljični dioksid (CO2)

Ugljični dioksid je glavni dugovječni staklenički plin u atmosferi. Taj je plin odgovoran za 82% povećanja učinka staklene bašte koji se dogodio posljednjih desetljeća.

U 2017. godini Svjetska meteorološka organizacija izvijestila je o globalnoj koncentraciji CO2 od 405,5 ppm. To predstavlja povećanje od 146% u odnosu na razine procijenjene za prije 1750. godine (pretindustrijska era).

Metan (CH

Metan je drugi najvažniji staklenički plin koji doprinosi zagrijavanju oko 17%. 40% metana proizvodi se iz prirodnih izvora, uglavnom močvara, dok se preostalih 60% stvara ljudskim aktivnostima.

Među tim aktivnostima su uzgajanje preživara, uzgoj riže, iskorištavanje fosilnih goriva i izgaranje biomase. Atmosferski CH4 u 2017. godini dosegao je koncentraciju od 1,859 ppm što je 257% više od razine predindustrijske.

Dušikovi oksidi (NOx)

NOx doprinose uništavanju stratosferskog ozona, povećavajući količinu ultraljubičastog zračenja koja prodire kroz Zemlju. Ti plinovi potječu iz industrijske proizvodnje dušične i adipinske kiseline, kao i iz upotrebe gnojiva.

Do 2017. ti su plinovi dosegli atmosfersku koncentraciju od 329,9 ppm, što je 122% razine procijenjene za predindustrijsko doba.

Ugljikovodikovi (HFC)

Ovi plinovi se koriste u raznim industrijskim primjenama za zamjenu CFC-a. Međutim, HFC također utječu na ozonski omotač i imaju vrlo visoku aktivnu postojanost u atmosferi.

Perfluorirani ugljikovodik (PFC)

PFC proizvodi se u spalionicama za proces topljenja aluminija. Poput HFC-a, oni imaju visoku postojanost u atmosferi i utječu na cjelovitost stratosferskog ozonskog sloja.

Sumporni heksafluorid (SF6)

Taj plin također ima negativan učinak na ozonski omotač, kao i visoku postojanost u atmosferi. Koristi se u opremi visokog napona i u proizvodnji magnezija.

Klorofluoro ugljikovodiki (CFC)

CFC je snažni staklenički plin koji oštećuje stratosferski ozon i reguliran je Montrealskim protokolom. Međutim, u nekim zemljama kao što je Kina i dalje se koristi u raznim industrijskim procesima.

Kakav je efekt staklenika na živa bića?

- Granični uvjeti

Život kakav znamo nije moguć iznad određenih temperatura. Samo su neke termofilne bakterije sposobne naseljavati okruženja s temperaturama iznad 100 ° C.

Vitalna temperatura

Općenito, amplituda temperaturnih varijacija koja dopušta većinu aktivnog života kreće se od -18 ºC do 50 ºC. Isto tako, životni oblici mogu postojati u latentnom stanju pri temperaturama od -200 ° C i 110 ° C.

Većina vrsta životinja i biljaka ima još ograničeniji raspon tolerancije na sobnu temperaturu.

- Dinamička ravnoteža temperature

Učinak staklene bašte pozitivan je prirodni proces za život na planeti, jer jamči taj vitalni raspon temperature. Ali to je tako sve dok se održava pravilna ravnoteža između ulaza solarne energije i izlaza infracrvenog zračenja.

Ravnoteža

Ravnoteža je zajamčena jer priroda proizvodi gotovo onoliko stakleničkih plinova koliko ih imobilizira. Okean proizvodi oko 300 gigatona CO2, ali apsorbira nešto više.

Isto tako, vegetacija proizvodi oko 440 gigatona CO2, istodobno kad fiksira oko 450.

Posljedice efekta staklenika zbog zagađenja

Antropsko zagađenje doprinosi dodatnim količinama stakleničkih plinova, razbijajući prirodnu dinamičku ravnotežu. Iako su ti iznosi mnogo manji od onih koje je stvorila priroda, dovoljni su da se ova ravnoteža razbije.

To ima ozbiljne posljedice za planetarnu toplinsku ravnotežu i zauzvrat za život na Zemlji.

Globalno zatopljenje

Povećanje koncentracije stakleničkih plinova stvara porast prosječne globalne temperature. Zapravo, procjenjuje se da je prosječna globalna temperatura porasla za 1,1 ° C od pretindustrijske ere.

S druge strane, pokazalo se da je razdoblje od 2015. do 2019. dosad najtoplije.

Taljenje leda

Povećanje temperature dovodi do topljenja polarnog leda i ledenjaka širom svijeta. To podrazumijeva porast razine mora i promjene morskih struja.

Klimatske promjene

Iako ne postoji potpuni dogovor o procesu klimatskih promjena koje proizlaze iz globalnog zagrijavanja, realnost je da se klima planete mijenja. To je dokazano između ostalih aspekata promjene morskih struja, obrasca vjetra i oborina.

Neravnoteže stanovništva

Izmjena staništa uslijed povećanja temperature utječe na populaciju i biološko ponašanje vrste. U nekim slučajevima postoje vrste koje povećavaju svoju populaciju i proširuju njihov opseg rasprostranjenosti.

Međutim, one vrste s vrlo uskim temperaturnim rasponom za rast i razmnožavanje mogu u velikoj mjeri smanjiti svoju populaciju.

Smanjenje proizvodnje hrane

U mnogim poljoprivrednim i stočarskim područjima proizvodnja se smanjuje jer na porast temperature utječe vrsta. S druge strane, ekološke izmjene rezultiraju širenjem poljoprivrednih štetočina.

Javno zdravstvo

Vektorske bolesti

Kako se prosječna planetarna temperatura povećava, neke životinje s vektorima bolesti proširuju svoje geografsko područje. Tako se slučajevi tropskih bolesti javljaju izvan njihovog prirodnog dometa.

Šok

Povećanje temperature može proizvesti takozvani toplinski šok ili toplotni udar, koji podrazumijeva ekstremnu dehidraciju. Ova situacija može uzrokovati ozbiljno zatajenje organa, posebno pogađa djecu i starije osobe.

Prevencija i rješenja

Kako bi se spriječio porast efekta staklene bašte, potrebno je smanjiti emisiju plinova koji ga uzrokuju. To zahtijeva mjere koje se kreću u rasponu od svijesti javnosti, preko nacionalnog i međunarodnog zakonodavstva, do tehnoloških promjena.

Međutim, prema međuvladinom panelu za klimatske promjene (IPCC), nije dovoljno za smanjenje emisija. Pored toga, potrebno je smanjiti trenutnu koncentraciju stakleničkih plinova u atmosferi kako bi se zaustavilo globalno zagrijavanje.

U tom je smislu rješenje povećati vegetacijski pokrov za fiksiranje atmosferskog CO2. Druga je primjena tehnoloških sustava filtriranja zraka za ekstrakciju CO2 i fiksiranje u industrijskim proizvodima.

Do sada, napori na postizanju međunarodnih sporazuma poput Kjotskog protokola nisu ispunili njihove ciljeve. S druge strane, tehnološki razvoj za ekstrakciju atmosferskog CO2 samo je na razini prototipa.

prevencija

Kako bi se spriječio porast efekta staklenika, potrebno je smanjiti proizvodnju stakleničkih plinova. To podrazumijeva niz akcija koje uključuju razvoj svijesti građana, zakonodavne mjere, tehnološke promjene.

Svijest

Građani koji su svjesni problema globalnog zagrijavanja uzrokovanog povećanjem efekta staklene bašte, temeljni su. Na taj se način osigurava potrebni socijalni pritisak kako bi vlade i gospodarske sile poduzele potrebne mjere.

Pravni okvir

Kyoto protokol je glavni međunarodni sporazum u borbi protiv problema proizvodnje stakleničkih plinova. Međutim, do sada ovaj pravni instrument nije bio učinkovit u smanjenju emisije stakleničkih plinova.

Neke od glavnih industrijaliziranih zemalja s višim stopama emisija nisu potpisale produženje protokola za svoj drugi mandat. Stoga je za postizanje stvarnog učinka potreban stroži nacionalni i međunarodni pravni okvir.

Tehnološke promjene

Da bi se smanjile emisije stakleničkih plinova potrebno je ponovno prevesti industrijske procese. Slično je potrebno promicati uporabu obnovljivih izvora energije i smanjiti upotrebu fosilnih goriva.

S druge strane, bitno je smanjiti proizvodnju otpada koji onečišćuje općenito.

rješenja

Prema riječima stručnjaka, nije dovoljno smanjiti emisiju stakleničkih plinova, već je potrebno i smanjiti trenutne koncentracije u atmosferi. Za to su predložene različite alternative koje mogu koristiti vrlo jednostavne ili sofisticirane tehnologije.

Karbonski sudoperi

Zbog toga se preporučuje povećati pokrivenost šuma i džungla, kao i provoditi strategije poput zelenih krovova. Biljke fiksiraju atmosferski CO2 u svojim biljnim strukturama, izdvajajući ga iz atmosfere.

Crpke za vađenje ugljika

Do sada je vađenje CO2 iz atmosfere skupo s energetskog stajališta i ima velike ekonomske troškove. Međutim, u tijeku su istraživanja kako bi se pronašli učinkoviti načini filtriranja zraka i uklanjanja CO2.

Jedan od tih prijedloga već je u fazi probnog postrojenja i razvijaju ga sveučilišta Calgary i Carnegie Mellon. Ova biljka koristi otopinu kalijevog hidroksida kao zamku vode i kaustični kalcij, kroz koji se filtrira zrak.

Pri tome se zadržava CO2 sadržan u zraku, formirajući kalcijev karbonat (CaCO3). Nakon toga, kalcijev karbonat se zagrijava i oslobađa CO2 primjenjujući dobiveni pročišćeni CO2 za industrijsku upotrebu.

Bibliografske reference

1. Bolin, B. i Doos, BR efekt staklene bašte.
2. Caballero, M., Lozano, S. i Ortega, B. (2007). Efekt staklenika, globalno zagrijavanje i klimatske promjene: perspektiva zemaljske znanosti. Sveučilišni digitalni časopis.
3. Carmona, JC, Bolívar, DM i Giraldo, LA (2005). Plin metana u stočnoj proizvodnji i alternative za mjerenje emisija i smanjenje utjecaja na okoliš i proizvodnju. Kolumbijski časopis za stočarske znanosti.
4. Elsom, DM (1992). Zagađenje atmosfere: globalni problem.
5. Martínez, J. i Fernández, A. (2004). Klimatske promjene: pogled iz Meksika.
6. Schneider, SH (1989). Učinak staklenika: Znanost i politika. Znanost.