Címkearchívumok: feketetest sugárzás

(1651) Amit az üvegházhatásról tudni kell(ene)

Tibor bá’ online

 

~q191Legtöbben már hallottatok arról, hogy az üvegházhatás következtében Földünk sokkal melegebb, mint anélkül lenne, és többünk arról is hallott már, hogy az üvegházhatású gázok növekvő mennyisége növeli a természetes üvegházhatást. Azonban közülünk csak kevesek látják tisztán, hogy mi is az a légkörben, ami ezt a hatást működteti, és miért okozhat akkora változást egy olyan kis koncentrációban jelen lévő gáz, mint a szén-dioxid (CO2) kismértékű megváltozása.

Azt már a XIX.század óta tudjuk, hogy néhány gáz elnyeli a Föld által kibocsátott infravörös sugárzást, aminek következtében a természetes lehűlés sebessége lassul, a földfelszín hőmérséklete pedig nő. Ezekhez az úgynevezett üvegházhatású gázokhoz tartozik többek között a szén-dioxid, a vízpára. az ózon és a metán, de az atmoszféra javarészét kitevő oxigén és nitrogén molekulák nem tartoznak bele. Kevésbé ismert, hogy a felhők (jég és/vagy folyékony vízcseppecskék) szintén elnyelik az infravörös sugárzást, azonban elállják a bejövő napfény útját is, visszaverve azt a világűrbe, így hatásuk nettó mérlege hűtéssel jár, közreműködésük az üvegházhatásban azonban jelentős.

graf

Kimenő sugárzási teljesítmény a Föld atmoszférájának tetején, mutatva az elnyelést az egyes frekvenciákon és az elnyelőt (abszorbenst). Viszonyításul vörös vonal jelzi az elméleti feketetest sugárzását 31°C-on. A hullámszám a hullámhossz reciproka, vagyis ha a hullámszám 1000 cm-1, akkor a hullámhossz 1/1000 cm.

Az üvegházhatás mértékét gyakran a földfelszín jelenlegi hőmérsékletének és annak a hőmérsékletnek különbségeként szokták megbecsülni, amekkora hőmérséklete lenne a bolygónak a légköri elnyelés nélkül, teljesen azonos albedó mellett, (kb. 33°C). Ez leginkább csak egy gondolatkísérlet, mint mérhető/megfigyelhető állapot, de egy hasznos kiindulási alap. Másik módja a hatás számszerűsítésének, ha megnézzük az eltérést a földfelszínen kibocsátott infravörös sugárzás mennyisége és az atmoszféra tetején távozó mennyiség között. Üvegházhatás hiányában ennek különbsége zéró lenne, valójában a földfelszín mintegy 150 W-tal többet bocsát ki négyzetméterenként, mint amennyi a világűrbe távozik.

Jogos lehet a felvetés, hogy az atmoszférában jelenlévő üvegházhatású anyagok közül melyik és mit nyel el? Ez egy sokkal bonyolultabb kérdés, mint elsőre tűnik, mégpedig az abszorpció (elnyelés) természete és az abszorbensek (elnyelő anyagok) összetett térbeli eloszlása miatt. Különböző anyagok az infravörös sugárzás különböző frekvenciáit nyelik el, és a Föld különböző részei élesen eltérnek a tekintetben, hogy mennyi infravörös sugárzást bocsátanak ki (a felszíni hőmérséklet szerint), és mennyi felhő és vízpára található az adott helyen (a szén-dioxid lényegében egyenletesen eloszlottnak tekinthető). Igazság szerint bizonyos hullámhosszú infravörös sugárzást több abszobens is elnyelhet (pl. vízpára és felhők, vagy vízpára és szén-dioxid).  Ezt spektrális átfedésnek nevezik, ami azt jelenti, hogy ha elvennénk egy anyagot, az elnyelt sugárzás mennyiségének csökkenése kevesebb lenne mint, amit ez az anyag önállóan elnyelne. Másként fogalmazva, az üvegházhatású anyagok összeségének hatása együttvéve kevesebb, mintha külön-külön adnánk össze az egyes anyagok által elnyelt sugárzások mennyiségét. Ezeket figyelembe kell venni az üvegházhatás jellemzőinek vizsgálatakor.

graf

Műholdtérkép a távozó nagy hullámhosszú, a Föld által kibocsátott sugárzás eloszlásáról  2008 szeptemberében, mely a földrajzi eltérések mellett a felhők által okozott eltéréseket is mutatja. Több hő távozik az egyenlítőtől északra és délre, ahol a felszín melegebb és kevesebb felhő található. (Kép forrása: NASA/Earth Observatory/Robert Simmon from CERES data.)

Ahhoz, hogy az atmoszférát jellemzőire bonthassuk, a teljes atmoszférán átjutó sugárzás GISS (Goddard Institute for Space Studies) (videó) modelljét használjuk fel a helyi hőmérséklet, pára és felhők valós eloszlásának meghatározásához. Avval, hogy többféle kombinációban eltávolítjuk az egyes abszorbens anyagokat, jól meghatározhatóak az átfedések és az elnyelés mértéke. A számítások azt mutatják, hogy a vízpára a domináns anyag, az abszorpció mintegy 50% -ért felelős. További 25% -ért a felhők és megközelítőleg a 20% -ért  a széndioxid a felelősek. A fennmaradó részt csekélyebb jelentőségű üvegházhatású gázok okozzák, mint az ózon és a metán, valamint porszemcsék.

A szén-dioxid igen jelentős szerepe a természetes üvegházhatásban kiváltja azt az ösztönös ráérzést, hogy koncentrációjának megváltozása az emberi tevékenység miatt jelentősen növelheti azt.  Ugyan, a szén-dioxid változásának hatását kiszámítani teljesen más dolog, mint a vízpárát és a felhőket is figyelembe véve, a jelenlegi szerepét kikalkulálni, mert e két utóbbi anyag másként függ a hőmérséklettől és a légmozgástól, mint a szén-dioxid.  Példának okáért minden 1 °C hőmérséklet emelkedés magával vonja a levegő telítettségéhez szükséges pára 7%-os növekedését. A felhők is függenek hőmérséklettől, nyomástól, légmozgástól és a vízpára mennyiségétől, ezért a szén-dioxid koncentráció megváltozása magával vonja ezek megváltozását is, így az összes üvegházhatást korrigálni kell ezen tényezők figyelembevételével. Például, ha a szén-dioxid koncentráció megduplázódik az elnyelés 4 W/m2 -el növekszik, azonban a felhők, és a pára változása további 20 W/m2 elnyelésnövekedést okoz, jól szemléltetve (legalábbis a GISS modellben) a folyamat önmagát erősítő természetét. Ezt pozitív visszacsatolásnak nevezzük. A legutóbbi klíma-adatok szerint éppen ez történik a valóságban is.

Mi történik akkor, ha a modellben eltávolítjuk az üvegházhatású gázokat a levegőből? A szén-dioxid – az elnyelésre gyakorolt nem-lineáris hatása miatt – eltávolítása 7x akkora hatással lenne, mintha megdupláznánk a mennyiségét. Ha el is képzelhető egy ilyen eset, az drámai lehűléshez vezetne, közvetlenül és közvetetten is figyelembe véve a vízpára és a felhők szerepét. A Föld gyakorlatilag egy óriási hógolyóvá hűlne, megközelítőleg 35oC-kal lenne hidegebb. A páratartalom a jelenlegi érték tizedére csökkenne, a globális albedó növekedése pedig a felhők és a hó miatt tovább hűtené a Földet. (ez is pozitív visszacsatolás, a folyamat önmagát erősíti, negatív visszacsatolásról akkor beszélünk amikor egy folyamat önmagától elhal).

Annak ellenére, hogy kis koncentrációban jelen lévő gázról beszélünk, klímánk formálása szempontjából semmi sem nyilvánvalóbb a szén-dioxid kiemelkedő szerepénél, ami ma éppen úgy érvényes, mint a jövőben.

Az eredeti angol cíkk: Gavin Schmidt: Taking the measure of the greenhouse effect


____________________________________________________________
____________________________________________________________
________________________________________________

Éljetek a lehetőségekkel!