Nie bez zwi▒zku efekt magazynowania przez ZiemiΩ energii cieplnej nazwano "szklarniowym". W ten sam spos≤b, co Ziemia, ogrodnicy ogrzewaj▒ swoje szklarnie. Najodpowiedniejszym wiΩc przyk│adem na zobrazowanie powstawania efektu cieplarnianego jest w│a╢nie szklarnia.
. Ka┐dy z nas z pewno╢ci▒ zetkn▒│ siΩ ju┐ z nastΩpuj▒c▒ w│a╢ciwo╢ci▒ ╢wiat│a s│onecznego: Jad▒c samochodem w s│oneczny dzie± lub bΩd▒c zmuszonym do przebywania przez d│u┐szy czas w pobli┐u mocno o╢wietlonego okna, czujemy ciep│o, kt≤re nios▒ ze sob▒ promienie s│oneczne. Ta w│a╢ciwo╢µ nie jest zale┐na od pory roku czy od temperatury za oknem. Popatrzmy teraz na rysunek obrazuj▒cy dzia│anie szklarni. ªwiat│o s│oneczne (gruba kreska) o╢wietla przez szyby glebΩ, znajduj▒c▒ siΩ wewn▒trz pomieszczenia. Promienie s│o±ca padaj▒ce na glebΩ nagrzewaj▒ j▒. Jest to efektem tej w│a╢nie w│a╢ciwo╢ci s│o±ca. Gleba poch│ania wiΩkszo╢µ energii cieplnej, czΩ╢µ zostaje od niej odbita przy jednoczesnym ogrzewaniu gleby. Na rysunku widzimy cie±sz▒ kreskΩ, obrazuj▒c▒ ciep│o, kt≤re wΩdruje odbijaj▒c siΩ od gleby (jednocze╢nie j▒ nagrzewaj▒c) i wewnΩtrznych czΩ╢ci szyb. Wypromieniowane ciep│o napotykaj▒c na swojej drodze szklany dach szklarni, po czΩ╢ci przechodzi do atmosfery (jasna kreska), a czΩ╢µ odbija z powrotem w kierunku ziemi (cienka pomara±czowa kreska). Odbijanie energii powoduje dalsze ogrzewanie gleby i powietrza wewn▒trz szklarni, a┐ wyst▒pi r≤wnowaga energetyczna. R≤wnowaga energetyczna to taki stan, w kt≤rym gleba przyjmuje tyle samo energii cieplnej, ile oddaje. W tym stanie temperatura utrzymuje siΩ na sta│ym poziomie, a poniewa┐ szklarnia jest pomieszczeniem zamkniΩtym, nie ma wiΩc mo┐liwo╢ci wymiany powietrza i wewn▒trz szklarni temperatura pozostaje wy┐sza ni┐ na zewn▒trz.

Tak w uproszczeniu wygl▒da teoria powstawania i dzia│ania efektu "szklarniowego". Pozosta│o jeszcze kilka wa┐nych aspekt≤w, niewyja╢nionych w poprzednim, bardzo schematycznym opisie. Mo┐na zadaµ sobie teraz nastΩpuj▒ce pytania: Dlaczego energia cieplna s│o±ca tak │atwo dostaje siΩ do szklarni, a wydostaje siΩ z niej z wielkim trudem? W jaki spos≤b atmosfera spe│nia rolΩ ziemskiej cieplarni? Dlaczego efekt cieplarniany, zapewniaj▒cy mo┐liw▒ do przyjΩcia ╢redni▒ temperaturΩ na Ziemi, budzi obawy naukowc≤w?

Odpowiedzmy teraz na pierwsze pytanie. Dlaczego ciep│o s│o±ca po pokonaniu, bez ┐adnych problem≤w, przeszkody jak▒ jest szyba szklarni, nie mo┐e z r≤wn▒ │atwo╢ci▒ wydostaµ siΩ z powrotem?
S│o±ce jest bardzo du┐e i gor▒ce. Ta wysoka temperatura powoduje, ┐e emitowana przez nie energia posiada bardzo ma│▒ d│ugo╢µ fali (wiΩkszo╢µ znajduje siΩ w zakresie pasma widzialnego), w wyniku czego posiada bardzo wysok▒ czΩstotliwo╢µ, gdy┐ emitowane jest przez cia│o doskonale czarne (s│o±ce) w temperaturze ok. 6000░K. Ta czΩstotliwo╢µ umo┐liwia energii s│onecznej │atwe przenikanie do wnΩtrza "globalnej szklarni". Co dzieje siΩ dalej? CzΩ╢µ tej energii zostaje odbita od powierzchni Ziemi w niezmienionym stanie, dlatego te┐ na rysunku widzimy jasnopomara±czow▒ kreskΩ energii przenikaj▒cej szybΩ na zewn▒trz. Ale jest to tylko czΩ╢µ ca│kowitej energii wprowadzonej do wewn▒trz. Poch│oniΩte przez glebΩ ciep│o, ogrzewa jej powierzchniΩ, co prowadzi do wt≤rnej emisji energii przez glebΩ. Powierzchnia Ziemi emituje nabyt▒ energiΩ w postaci fal o wiΩkszej d│ugo╢ci czyli w postaci promieniowania podczerwonego. Jak nietrudno siΩ domy╢liµ, powierzchnia Ziemi jest znacznie ch│odniejsza od s│o±ca, tote┐ jej promieniowanie ma znacznie mniejsz▒ czΩstotliwo╢µ i zdolno╢µ przenikania. Dlatego te┐ znakomita wiΩkszo╢µ tego promieniowania zostaje odbita od szyby, a tylko bardzo niewielkiej czΩ╢ci udaje siΩ przez ni▒ przedostaµ.

Popatrzmy teraz na rysunek obrazuj▒cy powstawanie efektu "szklarniowego" w ziemskiej atmosferze. Zasada jest identyczna jak w przyk│adzie z szklarni▒. Tutaj r≤wnie┐ widzimy promieniowanie s│o±ca przenikaj▒ce przez Ziemsk▒ atmosferΩ, kt≤re jest przez ni▒ i przez powierzchniΩ Ziemi poch│aniane i odbijane. Krzywymi strza│kami zaznaczone jest promieniowanie podczerwone, emitowane przez rozgrzan▒ powierzchniΩ Ziemi. RolΩ szklarnianych szyb pe│ni▒ w atmosferze gazy cieplarniane. Podobnie jak w przypadku szyb szklarni, promieniowanie podczerwone z trudem przedziera siΩ przez warstwy tych gaz≤w. Jednak ich budowa fizyko-chemiczna umo┐liwia przepuszczenie pewnej ilo╢ci tego promieniowania w kosmos. M≤wi siΩ, ┐e otwieraj▒ one tzw. okna promieniowania. Jednak wiΩksz▒ czΩ╢µ ciep│a gazy te poch│aniaj▒ i ponownie emituj▒ w kierunku Ziemi ogrzewaj▒c jej powierzchniΩ oraz doln▒ atmosferΩ. Bilans cieplny czyli ╢rednia temperatura wynosi obecnie +15░C. Brak atmosfery pozwoli│by na uchodzenie energii cieplnej z Ziemi, w wyniku czego ╢rednia wynios│aby -18 do -20░C. Wynika z tego, ┐e atmosfera chroni ZiemiΩ przed nadmiernym wych│odzeniem podnosz▒c ╢redni▒ temperaturΩ o 35░C. Odbywa siΩ to dziΩki poch│anianiu przez niekt≤re gazy atmosferyczne promieniowania podczerwonego, kt≤re bez atmosfery usz│oby w przestrze± kosmiczn▒. Dotychczas zasadnicz▒ funkcjΩ pe│ni│a tu para wodna, bΩd▒ca w stanie ci▒g│ych przemian i transportu, gwarantuj▒cych raczej stabiln▒ jej koncentracjΩ. Dzi╢ ro╢nie rola pozosta│ych regulator≤w bilansu cieplnego - dwutlenku wΩgla i innych gaz≤w cieplarnianych.

Naukowcy dotychczas zidentyfikowali ponad 30 z nich. W tabeli znajduje siΩ ich piΩµ. Uznano je za najwa┐niejsze ze wzglΩdu na udzia│, jaki bior▒ one w poch│anianiu promieniowania podczerwonego.

Nazwa gazu	Efektywno╢µ poch│aniania promieniowania podczerwonego w por≤wnaniu do CO2	Procentowy udzia│ w efekcie cieplarnianym
CO2 - dwutlenek wΩgla	1	50
CH4 - metan	30	18
NOx - metan	150	6
O3 - ozon	2000	12
Freony	10-20000	14

Dwutlenek wΩgla od najdawniejszych czas≤w pomaga Ziemi w regulowaniu temperatury. Jednak rozwijaj▒cy siΩ przemys│, motoryzacja, karczowanie las≤w, powoduj▒ wzrost koncentracji dwutlenku wΩgla i innych gaz≤w cieplarnianych w atmosferze. Ta zwiΩkszaj▒ca siΩ koncentracja gaz≤w cieplarnianych uniemo┐liwia przychodz▒cej energii opuszczenie Ziemi. Energia oddawana jest mniejsza od przyjmowanej. Temperatura ro╢nie wiΩc tak d│ugo, a┐ ustali siΩ nowy stan r≤wnowagi. To z kolei prowadzi do globalnego ocieplenia klimatu na Naszej Planecie. Zjawisko to wykry│ w 1861 roku irlandzki fizyk John Tyndall (1820-1893).

CzΩ╢µ gaz≤w dop│ywaj▒cych do atmosfery jest wynikiem naturalnych proces≤w zachodz▒cych na Ziemi. Jednak wiΩkszo╢µ dostarcza dzia│alno╢µ przemys│owa cz│owieka. Ta ostatnia w│a╢nie powoduje nasilenie siΩ efektu cieplarnianego i podnoszenie siΩ ╢redniej temperatury na Ziemi.

Popatrzmy na nasz▒ tabelΩ. NajwiΩkszy udzia│ w powstawaniu efektu cieplarnianego ma dwutlenek wΩgla osi▒gaj▒cy 50%. Jest go po prostu najwiΩcej w atmosferze. Przyjmujemy, ┐e jego zdolno╢µ poch│aniania promieniowania podczerwonego wynosi 1, aby │atwiej by│o nam por≤wnaµ do niego inne gazy cieplarniane.

Drugim gazem maj▒cym najwiΩkszy po dwutlenku wΩgla bo 18% udzia│ w powstawaniu efektu szklarniowego jest metan. Gaz ten jest wytwarzany g│≤wnie przez bakterie bior▒ce udzia│ w procesach rozk│adu szcz▒tk≤w ro╢linnych i zwierzΩcych. Ponadto wydziela siΩ podczas beztlenowego rozk│adu odchod≤w zwierz▒t oraz w procesach spalania substancji organicznej. Naturalne ekosystemy i tereny upraw │▒cznie emituj▒ 75,2% metanu. Za nadmiar tego gazu w atmosferze odpowiada g│≤wnie przemys│ wydobywczy i sk│adowanie odpad≤w organicznych na wysypiskach. Nie pozostaje to bez znaczenia, gdy┐ metan jest 30 razy bardziej zdolny poch│aniaµ promieniowanie podczerwone ni┐ CO₂.

Najmniej do atmosfery emitowanych jest tlenk≤w azotu, st▒d maj▒ one najmniejszy 6% wp│yw na kszta│towanie klimatu ziemskiego. Najbardziej aktywny tlenek azotu N₂O ma 150-krotnie wiΩksz▒ efektywno╢µ w absorbowaniu ciep│a ni┐ CO₂. Jego wzrost ilo╢ciowy powodowany jest przez emisjΩ gaz≤w spalinowych w energetyce i transporcie oraz przez produkcjΩ i stosowanie nawoz≤w azotowych.

Ozon wystΩpuje w spos≤b naturalny w g≤rnych warstwach atmosfery chroni▒c wszystkie istoty ┐ywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym s│o±ca. WystΩpuj▒c w ni┐szych warstwach przyczynia siΩ w 12% do powstawania efektu cieplarnianego. Ozon jest 2000 razy bardziej efektywny od CO₂ w zatrzymywaniu ciep│a w atmosferze. Jego zawarto╢µ systematyczne wzrasta o 2% rocznie. Powstaje on wtedy, gdy energia ╢wiat│a s│onecznego pobudza reakcjΩ chemiczn▒ tlenku wΩgla, wΩglowodor≤w i tlenk≤w azotu, kt≤re zosta│y wydalone przez rury wydechowe oraz kominy.

Freony w naturalny spos≤b nie wystΩpuj▒ w atmosferze. Zosta│y one w sztuczny spos≤b wyprodukowane przez cz│owieka. Choµ ich ilo╢µ jedt jak dotychczas znikoma, to jednak maj▒ one ogromny wp│yw na globalne ocieplenie. S▒ one od 10 do 20 tysiΩcy razy efektywniejsze w poch│anianiu ciep│a od CO₂. UwzglΩdniaj▒c przy tym ich d│ug▒ ┐ywotno╢µ i to, ┐e rozk│adaj▒ siΩ tylko w stratosferze, mo┐na stwierdziµ, i┐ przy ich zbyt du┐ej koncentracji, zwiΩkszaj▒cej siΩ w tempie 4% na rok, stanowi▒ powa┐ne zagro┐enie.

Jak na razie CO₂ ma najwiΩkszy wp│yw na powstawanie efektu cieplarnianego i na globalne ocieplenie. Jednak jak pokazuje wykres wp│yw innych gaz≤w bΩdzie siΩ stopniowo zwiΩksza│. BΩdzie tak dlatego, gdy┐ inne gazy silniej poch│aniaj▒ promieniowanie podczerwone. Naukowcy twierdz▒, ┐e do 2010 r. te mniej powszechne gazy bΩd▒ odpowiedzialne za po│owΩ przyrostu temperatury na Ziemi. Dlatego nale┐y szybko podejmowaµ dzia│ania maj▒ce na celu ograniczenie emisji gaz≤w cieplarnianych, gdy┐ mo┐e ona byµ fatalna w skutkach.

LEGENDA:

	Dwutlenek wΩgla		Metan
	Tlenki azotu		Freony