Do gazów cieplarnianych zaliczamy parę wodną, dwutlenek węgla (CO2), freony (CFC), halony, metan (CH4), podtlenek azotu (N2O), ozon (O3) oraz gazy przemysłowe takie jak perfluorowęglowodory (PFC) czy heksafluorek siarki (SF6). Gazy cieplarniane pojawiają się w atmosferze zarówno w wyniku procesów naturalnych jak i w związku z działalnością człowieka. Wpływ poszczególnych gazów na efekt cieplarniany jest zróżnicowany i zależy od dwóch czynników. Pierwszym jest stopień absorpcji, czyli zdolność do pochłaniania promieniowania podczerwonego przez daną substancję. Drugi stanowi żywotność tej substancji, czyli jej czas życia w atmosferze. Te dwa czynniki warunkują również wskaźnik GWP (z ang. globalwarmingpotential) czyli potencjał tworzenia efektu cieplarnianego. Określając ten wskaźnik porównuje się ilość ciepła zaabsorbowanego przez dany gaz o określonej masie do ilości zaabsorbowanego ciepła przez taką samą masę dwutlenku węgla. Współczynnik GWP dla dwutlenku węgla wynosi 1 i na jego podstawie wylicza się GWP dla innych substancji.
Jednym z gazów cieplarnianych jest para wodna. Fot. pixabay.com
Wśród wszystkich gazów, największy wpływ na efekt cieplarniany ma para wodna. Jej zawartość w atmosferze ziemskiej jest bardzo zróżnicowana i waha się od 40 do 95%. Uzależniona jest od cyklu krążenia wody w środowisku, czyli od procesów parowania, skraplania, sublimacji i resublimacji. Z tego względu zmienia się w czasie oraz jest inna w różnych obszarach naszej planety. Para wodna odpowiada w 95% za efekt cieplarniany, a jej obecność w atmosferze prawie zupełnie nie zależy od działalności człowieka.
Kolejnym gazem odpowiedzialnym za powstawanie efektu cieplarnianego jest dwutlenek węgla. Ten pochodzenia naturalnego stanowi wielokrotność tego produkowanego przy okazji działalności człowieka, ale mimo to, to on stanowi główną przyczynę pochodzenia antropogenicznego, powstawania efektu cieplarnianego. Obecność dwutlenku węgla w powietrzu jest zjawiskiem naturalnym gdyż między innymi jest uwalniany przy oddychaniu a pobierany podczas fotosyntezy. Niestety od czasu rewolucji przemysłowej stężenie tego gazu w atmosferze wzrosło z niecałych 10% do około 30%. Problem dotyczy głównie krajów rozwiniętych gdyż powstaje głównie w wyniku spalania dużych ilości paliw kopalnych.
Podtlenek azotu, podobnie jak dwutlenek węgla, powstaje głównie na skutek naturalnych procesów. Jest wytwarzany przez oceany, lasy deszczowe oraz bakterie glebowe ale pewien jego procent jest pochodzenia antropogenicznego. Na skutek działalności człowieka, podtlenek azotu pochodzi z nawozów azotowych, spalania paliw kopalnych oraz z produkcji niektórych środków chemicznych. Tak samo, jak w przypadku CO2, zawartość N2O w powietrzu wzrosła od czasu rewolucji przemysłowej. Jego stężenie w atmosferze zwiększyło się o około 16%.
Gazy cieplarniane zatrzymują ciepło w wyższych warstwach atmosfery. Źródło pixabay.com
Fluorowane gazy cieplarniane to HFC (wodorofluorowęglowodory), SF6 (szcześciofluorek siarki), PFC (prefluorowęglowodory) oraz CFC (chlorofluorowęglowodory. Ta grupa stanowi gazy, które powstają jedynie w trakcie procesów przemysłowych. Nie występują naturalnie, ich źródłem jest działalność człowieka. HFC stosowane są w urządzeniach chłodniczych, na przykład w klimatyzatorach. SF6 używany jest między innymi w przemyśle elektronicznym. Podobnie PFC ale tych gazów używa się również do produkcji aluminium. CFC czyli freony stosowane są w aerozolach, dezodorantach, systemach chłodniczych oraz przemyśle samochodowym. Produkcja freonów jest ograniczana ponieważ nie tylko są gazami cieplarnianymi ale również przyczyniają się do niszczenia warstwy ozonowej. Fluorowane gazy szklarniowe stanowią duże zagrożenie gdyż ich zdolność wiązania ciepła jest bardzo wysoka a ponadto mają długi czas trwania i potrafią pozostać w atmosferze przez tysiące lat.
Gazy cieplarniane powstają w wyniku działalności człowieka. Fot. pixabay.com
Niektóre z gazów cieplarnianych są obecne w atmosferze ziemskiej od milionów lat i stanowią jej naturalny składnik. Dzięki nim mogły na Ziemi zaistnieć warunki klimatyczne, w których rozwinęło się życie. Jednak na skutek ludzkiej działalności, w atmosferze pojawiły się również gazy niewystępujące naturalnie, przez co efekt cieplarniany się pogłębia.
Promieniowanie słoneczne czyli promieniowanie UV (krótkofalowe) częściowo dociera do Ziemi, ale w większości jest pochłaniane lub odbijane przez górne warstwy atmosfery. Bliski ultrafiolet oraz promieniowanie widzialne w większości dociera do powierzchni Ziemi, którą ogrzewa. Następnie Ziemia oddaje ciepło w postaci fal podczerwonych (promieniowanie długofalowe). To właśnie ono jest pochłaniane przez gazy cieplarniane i przez to nie zostaje uwolnione do przestrzeni kosmicznej tylko rozprzestrzenia się na różne kierunki, co powoduje powstanie efektu cieplarnianego.
Metan jest wytwarzany między innymi na plantacjach ryżu. Źródło pixabay.com
Bibliografia
- Popkiewicz M., Kardaś A. i Malinowski S.; “Nauka o klimacie”; Wydawnictwo Nieoczywiste, 2018;
- Popkiewicz M., Kardaś A. i Malinowski S.; “Efekt cieplarniany – jak to działa?”; data dostępu: 2019-01-31
- Komisja Europejska; “Zrozumieć gazy cieplarniane”; data dostępu: 2019-01-31
- Muzeum Geologiczne Państwowego Instytutu Geologicznego; “Co to są gazy cieplarniane”; data dostępu: 2019-01-31
- promil
