Атмосфера вільно пропускає короткохвильове сонячне випромінювання (видиму частину спектра), але затримує довгохвильове (інфрачервоне) випромінювання, що відходить від розігрітої сонцем земної поверхні. Молекули парникових газів (насамперед, вуглекислого газу й пари води), що містяться в атмосфері, поглинають інфрачервоне випромінювання землі, частково повертаючи його назад до земної поверхні. Цей процес викликає розвиток парникового ефекту (greenhouse effect) - розігрівання нижніх шарів атмосфери й земної поверхні, яке підсилюється з ростом концентрації парникових газів в атмосфері, що призводить до глобального потепління. |
Садівники добре знайомі із цим фізичним явищем. Усередині парника завжди тепліше, ніж зовні, і це допомагає вирощувати рослини, особливо в холодну пору року. Ви можете відчути аналогічний ефект, коли перебуваєте в автомобілі. Причина його полягає в тому, що Сонце з температурою поверхні близько 5000°С випромінює головним чином видиме світло - частина електромагнітного спектра, до якого чутливі наші очі. Оскільки атмосфера в значній мірі прозора для видимого світла, сонячне випромінювання легко проникає до поверхні Землі. Стекло також прозоро для видимого світла, так що сонячні промені проникають усередину парника, і їхня енергія поглинається рослинами й всіма об'єктами, що перебувають усередині. Далі, відповідно до закону Стефана-Больцмана, кожен об'єкт випромінює енергію в якій-небудь частині електромагнітного спектра. Об'єкти з температурою близько 15°С - середньою температурою на поверхні Землі - випромінюють енергію в інфрачервоному діапазоні. Таким чином, об'єкти в парнику є джерелами інфрачервоного випромінювання. Однак інфрачервоне випромінювання не може легко проходити крізь скло, тому температура усередині парника підвищується.
Планета зі стійкою атмосферою, така як Земля, відчуває практично такий же ефект - у глобальному масштабі. Щоб підтримувати постійну температуру, Землі необхідно самої випромінювати стільки ж енергії, скільки вона поглинає з видимого світла, випромінюваного в нашу сторону Сонцем. Атмосфера служить як би склом у парнику - вона не настільки прозора для інфрачервоного випромінювання, як для сонячного світла. Молекули різних речовин в атмосфері (найважливіші з них - вуглекислий газ і вода) поглинають інфрачервоне випромінювання, діючи як парникові гази. Таким чином, інфрачервоні фотони, випромінювані земною поверхнею, не завжди йдуть прямо в космос. Деякі з них поглинаються молекулами парникових газів в атмосфері. Коли ці молекули вдруге випромінюють енергію, вони можуть випромінювати її як убік космосу, так й усередину, назад до поверхні Землі. Присутність таких газів в атмосфері створює ефект укривання Землі ковдрою. Вони не можуть припинити витік тепла назовні, але дозволяють зберегти тепло біля поверхні на більш довгий час, тому поверхня Землі значно тепліше, ніж була б при відсутності газів. Без атмосфери середня температура поверхні становила б -20°С, що набагато нижче точки замерзання води.
Важливо розуміти, що парниковий ефект на Землі був завжди. Без парникового ефекту, обумовленого наявністю вуглекислого газу в атмосфері, океани давно б змерзли, і вищі форми життя не з'явилися б. Сьогодні наукові дебати про парниковий ефект ідуть стосовно питання глобального потепління: чи не занадто ми, люди, порушуємо енергетичний баланс планети в результаті спалювання викопних видів палива й іншої господарської діяльності, додаючи при цьому зайву кількість вуглекислого газу в атмосферу? Сьогодні вчені сходяться в думці, що ми відповідальні за підвищення природного парникового ефекту на кілька градусів.
Парниковий з має місце не тільки на Землі. Найсильніший парниковий ефект, про який ми знаємо, спостерігається на сусідній планеті, Венері. Атмосфера Венери майже цілком складається з вуглекислого газу, і в результаті поверхня планети розігріта до 475°С. Кліматологи думають, що ми уникли такої долі завдяки наявності на Землі океанів. Океани поглинають атмосферний вуглець, і він накопичується в гірських породах, таких як вапняк - за допомогою цього вуглекислий газ видаляється з атмосфери. На Венері немає океанів, і весь вуглекислий газ, що викидають в атмосферу вулкани, там і залишається. У результаті ми спостерігаємо на Венері некерований парниковий ефект.
|
ua
ru
