Kasvihuoneilmiö
Wikipedia
Kasvihuoneilmiö on planeettojen kaasukehien ominaisuus, jonka seurauksena pinnan lämpötila nousee korkeammaksi kuin ilman kaasukehää. Mikä tahansa Auringon säteilyä imevä kaasu aiheuttaa kasvihuoneilmiön. Kasvihuonekaasu on kaasu, joka imee auringon säteilyä ja lämpenee. Erityisen merkittäviä kasvihuonekaasuja ovat vesihöyry H2O, hiilidioksidi CO2 ja metaani CH4, jotka imevät (absorboivat) auringon infrapunasäteilyä. Kasvihuoneilmiö on Maan elämän perusta, sillä ilman kasvihuoneilmiötä Maan pintalämpötila olisi liian alhainen, jotta vesi voisi esiintyä laajalti nestemäisenä ja vesihöyrynä. Todellinen kasvihuone ei toimi vastaavalla tavalla, vaikka tulos on sama.
Kasvihuoneilmiöstä keskustellaan paljon, koska sen tiedetään olevan tärkeä osa Maan ilmastojärjestelmää. Valtaosa ilmastotutkijoista arvioi ilmaston muuttuvan, koska ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöt ovat nostaneet ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuuksia. Tutkijat arvioivat näiden päästöjen nostaneen Maan pintalämpötilaa viimeisen 30 vuoden aikana noin 0,6 astetta.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Kasvihuoneilmiö
Kasvihuoneilmiötä voidaan tarkastella niin sanotun mustan kappaleen säteilylain pohjalta. Lain mukaan täysin musta kappale vastaanottaa energiaa ympäristöstään ja säteilee energiaa ympäristöönsä maksimaalisella teholla. Tätä tehoa kuvaa Stefan-Boltzmannin säteilylaki. Säteilyteho riippuu kappaleen lämpötilasta. Kasvihuoneilmiö syntyy, kun kappale on mustan kappaleen säteilyä noudattavan kappaleen (esimerkiksi Aurinko) ympäristössä. Jos kappale on säteilevän kappaleen lämpötilan edustamilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla "mustempi", kuin omaa lämpötilaansa vastaavilla aallonpituuksilla, niin kappaleen lämpötila nousee korkeammaksi, kuin kahden täysin mustan kappaleen säteilytasapainotila edellyttäisi. Esimerkki tällaisesta Aurinkokunnan kappaleesta on Venus.
Myös päinvastainen ilmiö on mahdollinen. Jos kappale on oman lämpötilansa aallonpituusalueilla mustempi kuin säteilevän kappaleen lämpötilaa vastaavilla aalonpituuksilla, sen lämpötila voi asettua alemmalle tasolle kuin kahden täysin mustan kappaleen säteilytasapainotila edellyttäisi. Esimerkki tällaisesta Aurinkokunnan kappaleesta on Mars.
[muokkaa] Kasvihuoneilmiön vaikutus lämpötilaan
Kasvihuoneilmiössä planeetan kaasukehän vaikutus nostaa planeetan lämpötilaa. Ilmiön keksi ensimmäisenä Jean Baptiste Joseph Fourier vuonna 1824.
Monet kaasut läpäisevät hyvin näkyvää valoa, josta Auringon säteily pääosin koostuu, mutta heijastavat lämpö- eli infrapunasäteilyä, josta planeettaa jäähdyttävä säteily avaruuteen päin koostuu. Kaasukehässä ne siis toimivat kasvihuoneen katon ja seinien tavoin planeettaa lämmittäen. Kasvihuoneilmiö lämmittää naapuriplaneettaamme Venusta satoja celsiusasteita, ja toisaalta sen puuttuminen on jättänyt toisen naapuriplaneettamme Marsin suhteellisen viileäksi. Maan keskilämpötilaa kasvihuoneilmiö nostaa noin -17 celsiusasteesta nykyiseen +14,4 asteeseen. Maan ilmakehän tärkeimmät kasvihuonekaasut ovat vesihöyry, hiilidioksidi, metaani ja dityppioksidi.
| Merkurius | Venus | Maa | Mars | |
|---|---|---|---|---|
| Auringon säteilyteho (W/m²) | 9127 | 2614 | 1368 | 589 |
| Pintalämpötila ka. (K) | 440 K | 740 K | 288 K | 208 K |
| Geometrinen albedo | 0,106 | 0,65 | 0,367 | 0,150 |
| Kaasukehän paine (bar) | ≈ 10-15 | 92 | 1,014 | 0,000636 |
Venuksen kaasukehä on niin tiheä, että paine pinnalla on 92 kertaa korkempi kuin Maassa. Kaasukehä koostuu lähes yksinomaan hiilidioksidista (96,5%). Kasvihuoneilmiö on pääsyynä siihen, että lämpötila planeetan pinnalla ylittää lyijyn sulamispisteen. Kaasukehä pidättää niin hyvin lämpöä, että planeetan lämpötila ei juurikaan vaihtele päivän ja yön puolella, päinvastoin kuin Merkuriuksessa, jossa päivällä lämpötila on 530°C korkeampi kuin yöllä. Yön puolella kaasukehätön Merkurius säteilee pinnan lämmön avaruuteen.
| poistetut kaasut | absorbtoitunut säteily (%) |
|---|---|
| kaikki | 0 |
| H2O, CO2, O3 | 50 |
| H2O | 64 |
| Pilvet | 86 |
| CO2 | 88 |
| O3 | 97 |
| Normaali ilmakehä | 100 |
Ilman kasvihuoneilmiötä keskimääräinen lämpötila maapallolla olisi -18°C. Maan kasvihuoneilmiöstä suurin osa (60%) johtuu vesihöyrystä. Muut ilmiöön vaikuttavat kaasut ovat hiilidioksidi (CO2) 26%, metaani (CH4), dityppioksidi (N2O) ja otsoni O3, yhteensä 8%. Nämä kaasut tunnetaan kasvihuonekaasuina.
[muokkaa] Ilmastonmuutos
- Pääartikkeli: ilmastonmuutos
Uusimpien Nasan mittausten mukaan maapallon keskilämpötila on noussut 0,6 °C 30 viime vuoden aikana, eli 0.2 °C vuosikymmenessä. Ihmisen toiminta on nostanut ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden noin 30 prosenttia viime vuosimiljoonat vallinneen vaihteluvälin yläpuolelle. Myös ilmakehän metaani- ja typpidioksidipitoisuudet ovat nousseet. Tämä voimistaa kasvihuoneilmiötä ja nostaa (viiveellä) Maan keskimääräistä lämpötilaa. Käsitettä kasvihuoneilmiön voimistuminen käytetään tarkoittamaan myös tätä ihmisen aikaansaamaa ilmakehän lämpenemisestä. Suomeksi on parasta puhua ilmastonmuutoksesta.
Kasvihuoneilmiön väitetään nostavan Maan keskilämpötilaa seuraavan 100 vuoden aikana 1,5-4,2 °C. Nykykäsityksen mukaan asteen nousua Maapallon keskilämpötilassa nykyiseen verrattuna pidetään kriittisenä rajana, jonka ylittyminen merkitsisi vakavia maailmanlaajuisia ongelmia. Grönlannin jäätiköt alkaisivat sulaa, joka pysäyttäisi tänne lämpöä tuovan Golf-virran, kun sulava makeasta vedestä koostuva kylmän jää sekoittuisi lämpimämpään suolaiseen merivirtaan. Tällöin Suomeen tulisivat samantyyppiset olosuhteet, jotka ovat tällä hetkellä Siperiassa.
[muokkaa] Kasvihuonekaasut
Ihmisten aiheuttamia ylimääräisiä kasvihuonekaasuja ovat hiilidioksidi, metaani, CFC-yhdisteet, typpioksiduuli ja otsoni. Yleisin luonnon oma kasvihuonekaasu on vesihöyry.
[muokkaa] Hiilidioksidi
Tärkein ihmisen tuottama kasvihuonekaasu on hiilidioksidi CO2. Erityisesti fossiilisten polttoaineiden polttaminen lisää tätä kaasua. Myös trooppisten metsien tuhoamisella, liikenteellä, teollisuudella ja talojen lämmittämisellä on osuutensa asiaan.
Tutkijat ovat huomanneet, että osa tuotetusta hiilidioksidista katoaa. Selitykseksi epäillään, että se sitoutuu pohjoiseen havumetsävyöhykkeeseen ja lauhkean vyöhykkeen metsiin, joiden kasvu on nopeutunut lämpötilan nousun seurauksena. Jos CO2-pitoisuus kasvaa 100 ppm, lämpötila kasvaa 1,4 °C.
[muokkaa] Metaani
Metaania tuottavat suurimmaksi osaksi eläimet, mutta sitä syntyy myös kaikkialla, missä bakteerit hajottavat orgaanista ainesta hapettomassa tilassa, esimerkiksi soilla ja muilla kosteikoilla. Ihmisten tuottamaa metaania tulee riisiviljelmiltä, karjanhoidosta ja kaatopaikoilta, missä eloperäiset materiaalit mädäntyessään erittävät sitä.
Metaania hajottavat maaperän pintaosassa elävät pieneliöt ja ilmakehän hydroksyyli-ionit. Hiilimonoksidi eli häkä tuhoaa tehokkaasti hydroksyyli-ioneja ja heikentää näin ilmakehän kykyä hajottaa metaania. Liikenteen tuottama häkä siis ikään kuin kiertoteitse vaikuttaa vahvistavasti kasvihuoneilmiöön.
[muokkaa] CFC-yhdisteet
CFC-yhdisteet eli kloorista, fluorista ja hiilestä muodostuneet freonimolekyylit tuhoavat erityisesti yläilmakehän otsonikerrosta, joka rikkouduttuaan päästää maahan enemmän auringon haitallista säteilyä (katso UV-säteily) ja näin ollen lisää lämpöä maapallolla.
CFC-yhdisteet keksittiin korvaamaan jäähdytyslaitteissa siihen asti käytettyjä rikkidioksidia ja ammoniakkia, koska ne olivat myrkyllisyydellään aiheuttaneet useita ihmisuhreja. Aluksi CFC-aineita pidettiin täysin turvallisina ja vasta myöhemmin niiden vaarallisuus ilmakehälle huomattiin, sillä yksi CFC-molekyyli lämmittää ilmakehää saman verran kuin 10 000 hiilidioksidimolekyyliä.
Näitä yhdisteitä on erilaisissa jääkaapeissa. Aikaisemmin niitä käytettiin laajemmin esimerkiksi sumutinpulloissa, mutta nykyään niiden käyttö on kielletty maailmanlaajuisesti.
[muokkaa] Typpioksiduuli
Typpioksiduulia muodostuu muun muassa typpilannoitteista, sekä biomassan ja fossiilisten polttoaineiden polttamisesta. Myös katalysaattorit saattavat lisätä autojen typpioksiduulipäästöjä.
[muokkaa] Otsoni
Otsoni eroaa muista kasvihuonekaasuista siten, että sitä syntyy ilmakehässä reaktiossa auringonvalon ja saastepilvien välillä. Sillä on kahdensuuntaisia vaikutuksia. Yläilmakehässä sen väheneminen kylmentää maapalloa ja alailmakehässä sen lisääntyminen lämmittää sitä. Tämän vuoksi sen vaikutuksia on vaikea arvioida.
