Mokslas ir IT

2019.09.17 19:31

Milžiniškas atmosferos nykštuko poveikis Žemei: kaip net mažas šių dujų kiekis gali iškepti visą planetą

anglies dvideginio – tik 0,04 proc.
LRT.lt2019.09.17 19:31

Dažnai kyla klausimas, kodėl anglies dioksidas taip stipriai veikia klimatą, nors jo koncentracija yra itin maža – Žemės atmosferoje jo yra vos 0,041 proc. 

Pagrindinė priežastis, kodėl anglies dioksidas daro milžinišką įtaką klimatui, yra jo savybė sugerti šilumą, sklindančią nuo mūsų Žemės paviršiaus. Taip nuo Žemės sklindanti šiluma nebepatenka į kosminę erdvę, rašoma „Science Alert“.

Pirmieji šiltnamio efekto tyrinėjimai

Pirmą kartą anglies dioksido svarbą klimatui 19 a. šeštajame dešimtmetyje išaiškinę mokslininkai taip pat stebėjosi jo daroma įtaka. Johnas Tyndallas Anglijoje ir Eunice`as Foote`as JAV ištyrė, jog anglies dioksidas, vandens garai ir metanas sugeria šilumą, o sodresnės dujos – ne.

Mokslininkai jau tada suskaičiavo, kad Žemė yra maždaug 33 laipsniais šiltesnė, nei turėtų būti pagal jos paviršių pasiekiančių saulės spindulių kiekį. Geriausiai šį temperatūrų neatitikimą paaiškino tai, jog atmosfera sulaiko šilumą ir šildo planetą.

J. Tyndallas ir E. Foote`as įrodė, kad azotas ir deguonis, kartu sudarantys 99 proc. atmosferos, iš esmės Žemės temperatūrai neturi jokios įtakos, nes nesugeria šilumos.

Tačiau jie nustatė, kad dujos, kurių koncentracija Žemėje yra daug mažesnė, sulaiko šilumą ir sukuria natūralų šiltnamio efektą, dėl kurio planetoje atsirado gyvybei palankios sąlygos.

Ką daro atmosfera?

Žemė nuolat gauna energijos iš Saulės ir spinduliuoja ją atgal į kosminę erdvę. Kad planetos temperatūra išliktų pastovi, jai reikia reguliuoti iš Saulės gaunamos šilumos kiekį ją išspinduliuojant.

Saulė energiją skleidžia trumpųjų bangų spinduliuotėmis, daugiausia ultravioletinės ir regimosios šviesos bangomis. Žemė yra daug vėsesnė, todėl šilumą išmeta infraraudonųjų spindulių, kurių bangos yra ilgesnės, pavidalu.

Anglies dioksido ir kitų šilumą sulaikančių dujų molekulinė struktūra leidžia absorbuoti infraraudonąją spinduliuotę. Jungtys tarp molekulės atomų gali virpėti įvairiais būdais. Kai fotono energija atitinka molekulės dažnį, jis yra absorbuojamas ir jo energija persikelia į molekulę.

Anglies diokside ir kitose šilumą sulaikančiose dujose yra trys ar daugiau atomų ir dažnių, kurie sutampa su Žemės skleidžiama infraraudonąja spinduliuote. Deguonis ir azotas, kurių molekulėse yra tik du atomai, infraraudonosios spinduliuotės nesugeria.

Didžioji dalis iš Saulės gaunamų trumpųjų bangų spinduliuotės pereina per atmosferą, kuri jos nesugeria.

Tačiau daugiausia Žemės spinduliuojamą infraraudonąją spinduliuotę atmosferoje sugeria šilumą sulaikančios dujos. Šią šilumą jos gali arba išleisti, arba sugrąžinti atgal į Žemę. Dalis jos grįžta į planetos paviršių, todėl jis ir šiltėja.

Oru keliaujančios šilumos tyrimai

Šaltojo karo metais infraraudonosios spinduliuotės absorbcija buvo plačiai tyrinėjama. Tyrimams vadovavo JAV karinės oro pajėgos, kurios kūrė infraraudonuosius spindulius aptinkančias raketas, todėl reikėjo sužinoti, kaip sekti oru keliaujančią šilumą.

Kadangi buvo stebimi planetų infraraudonieji spinduliai, šis tyrimas leido mokslininkams susipažinti su visų Saulės sistemos planetų klimatu ir atmosferos sudėtimi. Pavyzdžiui, Veneros temperatūra yra 470 laipsnių, nes net 96,5 proc. jos storo atmosferos sluoksnio sudaro anglies dioksidas.

Tyrimas buvo aktualus ir stebint orų prognozes bei klimato modelius, nes leido sinoptikams ir ekspertams apskaičiuoti, kiek infraraudonosios spinduliuotės lieka atmosferoje ir grįžta atgal į Žemės paviršių.

Gali kilti ir dar vienas klausimas – kodėl anglies dioksidas toks svarbus klimatui, kai vandens garai sugeria daugiau infraraudonosios spinduliuotės?

To priežastis paprasta – viršutinė Žemės atmosfera reguliuoja spinduliuotės kiekį, kuris patenka į kosmosą. Viršutinė atmosfera yra daug mažiau tanki ir joje yra mažiau vandens garų nei arčiau žemės, o tai reiškia, kad nuo didesnio anglies dioksido kiekio priklauso, kiek infraraudonųjų spindulių patenka į kosminę erdvę.

Šiltnamio efekto stebėjimas

Ar kada pastebėjote, kad dykumose naktį dažnai būna šalčiau nei miškuose, net jei jų vidutinė temperatūra yra tokia pati? Atmosferoje virš dykumų nėra daug vandens garų, todėl skleidžiama spinduliuotė lengvai patenka į kosmosą.

Drėgnesnėse vietose paviršiaus spinduliuotę sulaiko ore esantys vandens garai. Todėl debesuota naktis paprastai būna šiltesnė nei giedra, nes joje yra daugiau vandens garų.

Kad anglies dioksidas daro įtaką mūsų klimatui, nesunku pastebėti ir iš pastarųjų klimato pokyčių. Milijonų metų senumo ledo šerdys parodė, kad šiltuoju metų laiku anglies dioksido koncentracija jose buvo aukšta – apie 0,028 proc.

Ledynmečiu, kai Žemė buvo maždaug 4–7 laipsniais šaltesnė nei praėjusiame amžiuje, anglies dioksido atmosferoje buvo vos apie 0,018 proc.

Nors natūraliam šiltnamio efektui svarbesni yra vandens garai, anglies dioksido kiekio pokyčiai lėmė ir temperatūros pokyčius, nes vandens garų lygis atmosferoje reaguoja į temperatūrą.

Šiltėjant Žemei, jos atmosfera gali sulaikyti daugiau vandens garų, o tai ir spartina atšilimą. Todėl galima teigti, jog anglies dioksido kiekio svyravimai praeityje turėjo didžiausią įtaką klimato kaitai.

Maži pokyčiai, didelis efektas

Nieko stebėtino, kad mažas anglies dioksido kiekis atmosferoje turi didelę įtaką. Juk dažnai gerdami mažas tabletes viliamės, jog jos išgydys mūsų kūną.

Šiandien anglies dioksido kiekis yra didžiausias per visą žmonijos istoriją. Mokslininkai vieningai sutaria, kad vidutinė Žemės paviršiaus temperatūra nuo 19 a. devintojo dešimtmečio jau pakilo apie laipsnį. Anot jų, už tai atsakinga žmogaus veikla, dėl kurios padidėjo anglies dioksido ir kitų šilumą sulaikančių dujų kiekis.

Jei nebus bandoma reguliuoti anglies dioksido išskyrimo, iki 2100 m. jo atmosferoje gali atsirasti net 0,1 proc., t.y. daugiau nei trečdaliu negu buvo prieš pramonės revoliuciją. Šie pokyčiai būtų dar spartesni nei klimato permainos praeityje, rašo „Science Alert“.