2. Skleníkový efekt a skleníkové plyny

Přísun a výměna energie v klimatickém systému

Hlavním zdrojem energie pro všechny procesy odehrávající se v klimatickém systému je sluneční záření. Část tohoto záření, kterou vnímáme okem, nazýváme viditelné světlo. Dále sluneční záření obsahuje ultrafialové záření, které je částečně pohlceno ozonosférou (konkrétně UV-B záření) a krátkovlnné infračervené záření.

Sluneční záření prochází atmosférou k zemskému povrchu. Část je cestou v atmosféře pohlcena či rozptýlena. Na zemském povrchu je záření pohlceno či odraženo zpět do atmosféry. Pohlcené záření se z velké části přemění na teplo. Tato energie je pak využita na všechny děje odehrávající se v klimatickém systému.

Stejné množství energie, které zemský povrch přijal, musí opět vydat, aby celý systém zůstal v rovnováze. Kdyby tomu tak nebylo, docházelo by k hromadění energie na zemském povrchu a jeho ohřívání. Proto zemský povrch vyzařuje energii ve formě dlouhovlnného infračerveného záření zpět do atmosféry.

Skleníkový efekt

Kdyby všechno vyzářené záření prošlo atmosférou do kosmického prostoru, ochladila by se Země na průměrných –18 °C. Současná průměrná teplota na Zemi je ale +15 °C. Jak je to možné?

Když je ti zima, přikryješ se dekou. Deka sama o sobě nehřeje, ale zadrží tebou vyzařované teplo. I Země má svou “deku” jménem skleníkový efekt.

V minulé kapitole ses dozvěděl/a, z jakých plynů se atmosféra skládá. Celkem 99 % připadá v suchém vzduchu na dusík a kyslík. Zbylé 1 % obsahuje plyny jako argon, oxid uhličitý, neon, helium, metan a ve stopovém množství např. krypton, vodík, ozon, oxid dusičitý a další. Dále se v atmosféře vyskytuje vodní pára v proměnlivém množství 0–4 %. A právě vodní pára, oxid uhličitý, metan, oxidy dusíku, ozon a člověkem uměle vyrobené chlor-fluorované a fluorované uhlovodíky jsou důležitými tzv. skleníkovými plyny. Tyto plyny pohlcují dlouhovlnné infračervené záření, které zejména v noci vyzařuje zemský povrch, a tím dochází k ohřívání vzduchu. Ohřátý vzduch začne také vyzařovat infračervené záření – směrem do kosmu i zpět na Zemi. Díky tomuto mechanismu je tedy průměrná teplota na Zemi o 33 °C vyšší než teplota Země jako černého tělesa. Proto můžeme prohlásit, že samotný skleníkový efekt je přínosný a nebýt něj, velmi pravděpodobně by se na Zemi nerozvinul život v takové podobě, v jaké ho známe dnes.

Nejvýznamnějším skleníkovým plynem je vodní pára. Obsah vodní páry ve vzduchu se mění podle počasí a polohy na Zemi. Maximální množství páry roste s teplotou vzduchu. Pokud je jí v atmosféře hodně, zkondenzuje a v podobě kapek spadne na zem.

Oxid uhličitý je plyn přírodního i antropogenního původu. Nejvýznamnějším přírodním zdrojem je hoření a sopečná činnost, člověk ho uvolňuje do atmosféry zejména při spalování fosilních paliv (uhlí, ropa) pro výrobu energie.

I metan je plyn přírodního a antropogenního původu. Vzniká při rozkladných procesech – např. v mokřadech, termitištích, ale i na skládkách, při pěstování rýže či chovu dobytka.

Oxid dusný se vyskytuje v hojné míře v půdě, v biomase nebo v oceánech. Z těchto rezervoárů se uvolňuje do atmosféry. Člověk přispívá ke zvýšení koncentrace skrze dusíkatá hnojiva, používání spalovacích motorů nebo spalování biomasy.

V troposféře se též nachází malá část ozonu. Vzniká složitými chemickými reakcemi oxidů dusíku a těkavých organických sloučenin ve městech a průmyslových oblastech za horkých letních dnů (vzniká tzv. fotochemický smog).

Chlor-fluorované a fluorované uhlovodíky (CFC a HCFC) jsou látky uměle vytvořené člověkem. Používaly se jako chladiva do ledniček a klimatizací, jako plastické pěny či rozpouštědla. Jsou známé též jako plyny narušující ozonovou vrstvu.

Jednotlivé skleníkové plyny se v atmosféře vyskytují v různých koncentracích, pohlcují záření v různých vlnových délkách a setrvávají v atmosféře různě dlouhou dobu. Co to pro skleníkový efekt znamená? Pusť si následující video, kde se dozvíš detailnější informace.

Skleníkový efekt

Kvíz

Pokud jsi pozorně četl/a text a sledoval/a video, bude pro tebe hračka odpovědět na otázky v následujícím kvízu.

Zesilování skleníkového efektu

Lidstvo řadou svých činností vypouští skleníkové plyny do atmosféry. Hlavním zdrojem lidských (antropogenních) skleníkových plynů (především oxidu uhličitého a oxidu dusného) je spalování fosilních paliv. Mezi ně patří uhlí, zemní plyn nebo ropa. Kromě výroby elektřiny spalováním fosilních paliv patří mezi další významné zdroje těchto plynů výroba cementu, průmysl, zemědělství, doprava nebo změny v území (např. vypalování lesů a jejich přeměna na pole, plantáže a pastviny). Tyto a další dodatečně přidané skleníkové plyny následně zesilují skleníkový efekt, což má za následek globální oteplování. Více o něm se dozvíš v kapitole 4.

Uhlíkový cyklus

Oxid uhličitý je po vodní páře druhým nejsilnějším skleníkovým plynem. Lidstvo svou činností ovlivňuje množství vodní páry v atmosféře jen minimálně, je však schopno významně měnit koncentrace oxidu uhličitého. Oxid uhličitý je nejčastější formou uhlíku (C) na Zemi a je vázán v různých podobách (ve vápencích, fosilních palivech, v půdě, oceánu, biomase nebo atmosféře). Podobně jako jiné prvky i uhlík koluje mezi různými prostředími (např. mezi oceánem a atmosférou, vegetací a atmosférou aj.). O tomto koloběhu mluvíme jako o uhlíkovém cyklu.

Uhlík je základním stavebním kamenem všech živých organismů. Rostliny staví svá těla ukládáním oxidu uhličitého skrze proces fotosyntézy. Po jejich odumření může být tento atmosférický oxid uhličitý uložen spolu s nimi v půdě (za předpokladu, že se rostlina rozkládá za nepřístupu kyslíku, nejčastěji ve vodě).

Fosilní paliva, jakožto jeden z hlavních současných zdrojů antropogenních skleníkových plynů, vznikala před stovkami milionů let. Hlavním zdrojem byly rostliny a živočichové žijící v karbonu (před 359–299 miliony lety), jejichž mrtvá těla se postupně ukládala v močálech, bažinách a jezerech. Tím vznikala postupně rašelina, hnědé a černé uhlí, ropa a zemní plyn. Nebýt současné těžby fosilních paliv, zůstal by oxid uhličitý “uvězněn” v zemi další miliony let.