Gazele cu efect de seră. Cum acționează efectul de seră?27 min read

Gazele cu efect de seră captează căldură de la soare și mențin atmosfera caldă ca o pătură. Atunci când pătura devine prea „groasă”, încep problemele.

De miliarde de ani, soarele trimite energie către planetele din sistemul solar – desigur, asta include și Pământul. O parte din această energie este reflectată în spațiu, dar o parte pătrunde în atmosferă, unde este interceptată de așa-numitele gaze cu efect de seră. Iar acestea produc, desigur, efectul de seră.

Viața nu ar fi posibilă fără efectul de seră. Dacă nu exista o atmosferă care să îl producă, multe dintre razele solare ar trece pur și simplu pe lângă Pământ, iar planeta ar avea o temperatura medie de aproximativ -18°C, față de circa 15°C, cum e acum.

Acest efect de seră al atmosferei nu este un fenomen întâlnit doar pe Pământ. Orice corp ceresc care deține o atmosferă poate avea unul propriu, în funcție, bineînțeles, de proprietățile atmosferei. Spre exemplu, efectul de seră face ca Venus să fie cea mai fierbinte planetă din Sistemul Solar, deși Mercur e mai aproape de Soare.

Bine, bine, și atunci, dacă efectul de seră e așa de important și de util, de unde vine îngrijorarea asta modernă legată de gazele cu efect de seră, în contextul încălzirii globale?

Asta voi explica mai jos.

Ce este efectul de seră?

Până acum am vorbit despre gaze cu efect de seră și efectul de seră, dar nu am vorbit de sere. O seră (sau un solar) folosește panouri transparente (cel mai adesea din sticlă, mai nou din plastic sau alte materiale transparente) pentru a capta energia solară.

Lumina de la Soare pătrunde în interiorul serei. O parte este absorbită și folosită de plante, iar o altă parte este absorbită de podea, sol, și pereți, care se încălzesc, dar nu pot radia energia înapoi, sub formă de căldură, deoarece spațiul este unul închis. Practic, pereții transparenți ai serei lasă razele solare să intre, dar nu lasă căldura să iasă.

Trebuie spus că lumină vizibilă este doar o parte din toată lumina, adică este intervalul de radiații electromagnetice cu frecvențe care pot fi percepute de celulele din retină. Pe lângă spectrul vizibil, mai sunt și frecvențe prea joase (infraroșii) sau prea ridicate (ultraviolete) pentru a fi văzute de ochiul uman.

Ceea ce oamenii percepe drept căldură este, în mare parte, radiație infraroșie. Nu este vizibilă, dar corpul uman o spercepe; dacă stai lângă un foc de tabără, simți cum radiația infraroșie provenită din ardere este emanată sub formă de căldură.

Diferite materiale absorb sau rețin o parte din această energie, pe care o înmagazinează, iar apoi o elimină sub formă de căldură. Asfaltul încins de o zi însorită de vară este un exemplu foarte bun pentru cum acționează astfel de „baterii” de căldură.

Revenind la exemplul cu sera, pereții transparenți (și gazele din interior) lasă lumina vizibilă să pătrundă, dar, atunci când această energie este re-emisă sub formă de căldură (radiație infraroșie), nu o mai lasă să iasă.

Pentru ca acest lucru să se întâmple, este nevoie în primul rând de gaze cu efect de seră.

Cum acționează efectul de seră?

Atmosfera este, în mare parte, transparentă la radiația infraroșie – o lasă să treacă neperturbată. Doar o parte relativ mică din atmosferă este complet opacă pentru lungimile de undă infraroșii și captează radiația infraroșie emanată din interiorul planetei (și căldura asociată acestei radiații).

Așa-numitele gaze cu efect de seră absorb și reemit radiația infraroșie în toate direcțiile, ridicând astfel temperatura atmosferei. Efectul de seră descrie acest proces la scară planetară.

Imaginează-ți o planetă ca pe un sistem unitar. Pe parcursul zilei, aceasta va primi energie de la soare, sub formă de lumină în spectrul vizibil. Parte din această energie va fi reflectată înapoi de diverse suprafețe, precum nori, plante sau suprafața oceanului. Restul va fi absorbită, sub formă de căldură, de diferite materiale. Ulterior, mai ales noaptea, când nu există un aport de lumină, aceste materiale vor elimina căldura înapoi în mediul înconjurător de unde, apoi, va ajunge, prin atmosferă, în spațiu.

Dacă nu ar exista gaze cu efect de seră în atmosferă, această căldură ar fi eliminată în totalitate din sistem, însă gazele cu efect de seră o mențin în cadrul planetei. La fel ca materialele de la nivelul solului, aceste gaze vor elibera, în timp, căldura pe care au capturat-o, sub formă de radiații infraroșii. Prin acest proces, gazele cu efect de seră capturează și mențin căldura în jurul planetei, ca o pătură.

Nu toate gazele au același efect. Deși dioxidul de carbon este cel mai blamat, unele sunt mai puternice, fiind capabile să radieze până la mii de ori mai multă caldură per moleculă decât CO2. De asemenea, fiecare gaz cu efect de seră are o anumită durată de viață, adică o perioadă limitată de timp în care rămâne prezent în atmosferă și participă la efectul de seră. Aceasta durată de viață depinde în principal de caracteristicile chimice ale gazului respectiv (cum interacționează cu alți compuși din aer, oceane, roci ori soluri, dacă și cât de repede se descompune sub acțiunea radiației solare, ș.a.m.d.) sau de rolul pe care îl joacă în relația cu viața de pe Terra. Cert este că, atunci când cantitatea de gaze cu efect de seră din atmosferă crește, temperatura atmosferei va crește și ea – mai mult sau mai puțin, pe o durată mai lungă sau mai scurtă, dar va crește.

Dioxidul de carbon (CO2), gazul metan, protoxidul de azot și vaporii de apă sunt printre cele mai importante gaze cu efect de seră, din punctul de vedere al cantității din atmosferă. Aceștia sunt compuși naturali. Gazele fluorurate, produse sintetice folosite pentru diverse aplicații industriale și casnice, sunt de asemenea gaze cu efect de seră.

De ce este efectul de seră o problemă?

Efectul de seră, în sine, nu este o problemă. Fără el, suprafața Pământului ar trece prin variații imense de temperatură între zi și noapte și viața nu ar putea exista. Dar dacă nivelul de gaze cu efect de seră din atmosferă crește, crește și temperatura planetei. Iar activitățile industriale ale omenirii exact asta fac: cresc nivelul gazelor cu efect de seră din atmosferă (în special concentrația de dioxid de carbon și metan), ceea ce face temperatura să crească.

Nivelul gazelor cu efect de seră din atmosferă nu a fost constant în istoria geologică a Pământului. Spre exemplu, în perioada geologică cunoscută sub numele de Carbonifer, planeta a trecut printr-un episod de creștere extrem de abundentă a numărului de plante, proaspăt trecute din ocean la viața pe uscat. Creșterea aceasta a consumat o cantitate însemnată de CO2 din atmosferă și a crescut concentrația de oxigen de la 20% la circa 35%.„The Age of Oxygen (400 million to 290 million years ago)”, forces.si.edu Scăderea cantității de dioxid de carbon din atmosferă a condus la o glaciațiune puternică prin scăderea efectului de seră. La capătul opus, acum 55 de milioane de ani, într-o perioadă numită Eocen, nivelul de gaze de seră a fost foarte ridicat, producând o încălzire masivă a planetei.

Problema de azi este similară: omenirea emite gaze cu efect de seră în activitățile sale și schimbă intensitatea efectului de seră – un fenomen ce poate fi devastator pentru viața pe Pământ, inclusiv pentru oameni.

Asta pentru că viața de pe Pământ este adaptată la un anumit set de condiții, sub care a evoluat timp de miliarde de ani. E drept, au existat variații în aceste condiții de-a lungul istoriei, și viața s-a adaptat. Problema de acum acum, însă, este că schimbările pe care le produce omenirea sunt extrem de rapide, comparativ cu cele din trecut. În Carbonifer, schimbările detaliate mai sus au survenit în 50 de milioane de ani. Schimbarea antropică a climei a început în anii 1900, odată cu revoluţia industrială. Dar mai mult de jumătate din acest efect s-a produs în ultimii 50 de ani. Omenirea emite gaze cu efect de seră cu o viteză incredibilă.„Tons of CO2 emitted into the atmosphere”, theworldcounts.com

Natura se poate adapta schimbărilor de mediu dacă are suficient timp. În momentul de față, rata de schimbare este însă mult mai mare decat pot ecosistemele să îndure. Temperaturile medii cresc alarmant de repede. Și ecosistemele încep deja să cedeze, iar pe măsură ce cedează, ar putea să nu mai asigure cadrul necesar pentru ca societatea să persiste. Printre efectele se numără dispariția unor specii, deșertificare, intensificarea fenomenelor meteorologice violente, împuținarea stocurilor de hrană sălbatică (precum pești oceanici), scăderea productivității agricole, seceta și insuficiența resurselor de apă potabilă.

CITEȘTE ȘI: Care e diferența dintre climă și vreme?

Efectul de seră a creat un loc călduț, pentru ca viața pe Pământ să se poată dezvolta, dar poate foarte ușor să ducă la o căldură insuportabilă, care să o înăbușe complet. Dus la extrem, efectul de seră poate cu ușurință să distrugă viața de pe o planetă și chiar să schimbe complet acea planetă. Efectul de seră poate să funcționeze într-un un cerc vicios, efectele sale producând condițiile necesare pentru agravarea efectului de seră.

Venus este exemplul perfect. În trecut, Venus era o planetă cu condiții similare cu ale Pământului. Astăzi, este o ruină supraîncalzită, brăzdată de nori corozivi și ploi acide – ale căror picături fierb până să ajungă în contact cu solul – cu temperaturi medii de 465 de grade Celsius.

Vaporii de apă, produși prin fierberea oceanelor, mărilor, și lacurilor de demult de pe Venus, produc circa 25% din efectul de seră de astăzi, de la suprafața planetei.

Ce mai trebuie să știi despre gazele cu efect de seră

Este aproape imposibil să fie estimată cu exactitate cantitatea de emisii care sunt produse anual, pe întreaga planetă. Totuși, se știe care sunt p principalele gaze cu efect de seră, în ordinea cantității din atmosfera Pământului.

Vaporii de apă (H2O)

➤ Vaporii de apă rețin căldura în atmosferă și cresc capacitatea dioxidului de carbon de a capta căldură. Acționează ca gaz cu efect de seră și potențează alte gaze cu efect de seră;

➤ Este cel mai abundent gaz cu efect de seră din atmosfera terestră;

➤ Este considerat unul din cele mai periculoase gaze cu efect de seră, în ciuda efectului relativ scăzut per unitatea de masă;

➤ Riscul survine din potențialul vaporilor de apă de a forma un cerc vicios: pe măsură ce clima se încălzește, mai multă apă se evaporă în atmosferă, ceea ce duce la creșterea temperaturilor și a ratei de evaporare;

➤ Acest proces poate duce la o încălzire de necontrolat a climei, cu efecte devastatoare și probabil fatale pentru civilizația umană.

Dioxidul de carbon (CO₂)

➤ Este principalul gaz cu efect de seră emis de activitatea umană în atmosfera terestră, și, ca atare, principala țintă a eforturilor de reducere a emisiilor. Este folosit adesea ca etalon. Aproximativ 65% din emisiile antropice sunt reprezentate de CO₂;

➤ Dioxidul de carbon este un produs natural al respirației vegetale și animale, al descompunerii materiei organice prin putrezire, al incendiilor naturale sau al erupțiilor vulcanice

➤ Sistemele naturale, ecosistemele, au nevoie de acest gaz și au capacitatea de a elimina o anumită cantitate din aer prin activitatea lor – de exemplu, prin creșterea masei vegetalel

➤ În prezent, acumularea acestui gaz în atmosferă se datorează activității umane. Procesele industriale, agricultura, arderile de deșeuri și mai ales arderea combustibilor fosili degajă cantități masive de CO₂, mult peste capacitatea ecosistemelor globale de a le îndepărta;

➤ Anual, sunt emise circa 50 miliarde de tone de CO₂. Industria transporturilor și producerea de energie electrică sunt, fiecare, responsabile de circa o treime din totalul emisiilor anuale de CO₂;Conform ourworldindata.org

➤ Are cel mai slab efect de încălzire dintre principalele gazele de seră, dar este cel mai abundent și are una din cele mai lungi durate de viață (o moleculă de CO₂ poate să persiste între 300 și 1000 de ani în atmosferă); ca urmare, are cel mai pronunțat efect de încălzire per total;

➤ Se estimează că aproximativ 65% din intensitatea efectului de seră peste normal din prezent este cauzată de CO₂.„Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide”, climate.gov

Gazul metan (CH₄)

➤ Reprezintă aproximativ 11% din emisiile antropice;

➤ Este produs natural prin descompunerea materiei organice, prin digestia animalelor (în special rumegătoare), ardere incompletă a materiei organice;

➤ Antropic, cea mai mare cantitate de metan este emisă de scurgeri accidentale de la exploatările de zăcăminte de combustibili fosili precum petrol, cărbune, gaze naturale. O cantitate importantă de metan este produsă și de sectorul agricol, precum și de gropile de gunoi;

➤ Emisiile anuale antropice de metan sunt estimate la circa 540 milioane de tone;

➤ Deși cantitatea de metan emisă este mult mai mică decât cea de CO2, metanul este de circa 80 de ori mai puternic ca efect de seră decât dioxidul de carbon. Din fericire, durata de viață a metanului în atmosferă este de numai câteva decenii;

➤ Se estimează că aproximativ 25% din intensitatea efectului de seră peste normal din prezent este cauzată de metan.„Methane: A crucial opportunity in the climate fight – Environmental Defense Fund”, edf.org

Protoxidul de azot (N₂O)

➤ Reprezintă circa 6% din toate emisiile antropice, două treimi dintre acestea provenind din agricultură, unde azotul este folosit ca îngrășământ;„The world’s forgotten greenhouse gas”, bbc.com

➤ Alte surse de protoxid de azot sunt activitățile industriale, arderile de combustibili fosili ori deșeuri și procesarea apelor reziduale în stațiile de epurare (excrementele și urina sunt bogate în azot);

➤ N₂O este folosit activ de plante și persistă în atmosferă circa 110 ani, până când este fixat (absorbit) de bacteriile din sol care trăiesc în simbioză cu rădăcinile plantelor;

➤ Are un efect de seră de aproximativ 300 de ori mai puternic decat CO2.„Overview of Greenhouse Gases”, epa.gov

Gazele fluorurate

➤ Hidrofluorocarburile, perfluorocarburile și hexaflorura de sulf sunt printre cele mai importante gaze fluorurate în ziua de azi;

➤ Sunt folosite ca alternative la compuși care distrug stratul de ozon;

➤ Sunt emise în principal de activități industriale și comerciale, dar și de unele bunuri de uz casnic;

➤ Deși sunt întâlnite în cantități mici în atmosferă, au un potențial de efect de seră de până la zece mii de ori mai mare decât dioxidul de carbon. Sunt, de asemenea, mult mai longevive, putând supraviețui între 2.500 și 50.000 de ani.

CITEȘTE ȘI: Schimbările climatice. Cum se manifestă și de ce ar trebui să-ți pese de asta?

În seria Climate 101, analizăm pe larg problema schimbărilor climatice și care este știința din spatele afirmațiilor despre încălzirea planetei. Sperăm că la finalul acestei serii de articole să fie mai clar de ce este problema cea mai importantă cu care se confruntă omenirea în secolul XXI.