Sisältö
Ilmastomuutosta (usein "ilmaston lämpenemistä") lisääntyvien huolenaiheiden ja tämän huolen ympärille nousevan kielen ansiosta on todennäköistä, että niin monet nuoremmat ihmiset ovat kuulleet termit kuten "kasvihuoneilmiö" ja "kasvihuonekaasut" kuin mitä on ollut sisällä todellisessa kasvihuoneessa tai tiedä mikä tällainen rakenne jopa on.
Hyvin hoidettu kasvihuone on rauhallinen ja visuaalisesti miellyttävä tapa vierailla tai työskennellä, vaikka ympäristö on ehkä joidenkin kansojen makujen suhteen liian lämmin ja kostea. Huoli kasvihuonekaasuista ja niiden vaikutuksista maapallon ilmastoon on kuitenkin kaikkea muuta kuin houkuttelevaa, ja ilmaston lämpenemisestä johtuvat huolenaiheet kasvavat vuodessa yhä huolestuttavammiksi. Vaikka oikeat kasvihuoneet eivät ole vastuussa vaikutuksesta, joka on heidän nimensä, perusperiaatteet tekevät mielenkiintoisesta tutkimuksesta eräitä fyysisiä perusperiaatteita.
Kuinka kasvihuone toimii?
Kasvihuone on saanut nimensä, koska sen rakenne on tarkoitettu kasvien kasvattamiseen, ja suurin osa kasveista on ainakin osittain vihreitä. On selvää, että sinulla voi olla kasveja myös kodissasi, mutta kasvihuoneet on rakennettu maksimoimaan kasvien mukavuus. Analogisesti voit pelata koripalloa asfalttitiellä yhdellä hätäsiirrolla, mutta harvat väittävät, että tämä on yhtä hyödyllistä pelin parantamiseksi kuin sisätiloissa oleva, kaksikorinen kenttä tasaisella lattialla.
Mikä tekee kasvihuoneesta erityisen? Ensisijaisesti se on valon määrä, valvottu lämpötila ja kasvien helposti käsiteltävä määrä kosteutta. Jotkut kasvihuoneet on omistettu "viljelykasveille", joita ei syödä ja joita käytetään vain koristeellisesti tai erityisissä tilanteissa, kuten kukissa. Toisissa on kasveja, joista syntyy syötäviä tuotteita, kuten tomaatteja. Kasvihuoneissa on lasikatot, jotka paljastavat sekä suuren määrän valoa että vangitsevat lämpöä rakenteen sisälle. Auringon laskiessa lämpö ei hajota yhtä nopeasti kuin ulkona, jolloin kasvit, jotka eivät siedä viileitä yötä, voivat kukoistaa.
Fysiikan kannalta kasvihuoneen lämmittäminen on sama asia, joka lämmittää auton sisätilat aurinkoisena päivänä. Lyhyemmän aallonpituuden infrapunavalo pääsee rakenteeseen lasin läpi, ja kun nämä näkymättömät, mutta lämpimät säteet pomppivat ympäri, niistä tulee pidemmän aallonpituuden sähkömagneettista energiaa ja ne pysyvät yleensä sisälläan absorboituneina ympäristöönsä. Nämä kasvihuoneessa olevat ympäristöt sisältävät kasvien lehtimaiset pinnat, jotka käyttävät auringonvaloa fotosynteesin ajamiseen tai glukoosin (ruoan) tuottamiseen energiaa varten.
Mitä kasvihuonekaasut ovat?
Tärkeimmät kasvihuonekaasut ovat hiilidioksidi, metaani, vesihöyry ja typpioksidi. Nämä kaasumolekyylit ovat löyhemmin yhteydessä toisiinsa kuin useimmat molekyylit, niin että lämpö iskee niihin taipumuksen värähtelemään. Nämä värähtelevät molekyylit vapauttavat lämpöä, josta suuri osa absorboituu sitten vierekkäisten kasvihuonekaasumolekyylien kautta. Tämä jakso pitää ilman läheisyydessä epätavallisen lämpimänä.
Suurin osa ilmakehästä koostuu typestä, joka muodostaa yli kolme neljäsosaa ilmakehästä, ja happeesta, jonka osuus on noin viidesosa. Molemmat nämä kaasut sisältävät kaksi identtistä atomia (N2 ja O2). Sidokset, jotka pitävät näitä molekyylejä yhdessä, ovat tiukkoja ja sallivat vähän värähtelyä, joten ne eivät pidä lämpöä hyvin eikä siten vaikuta merkittävästi kasvihuoneilmiöihin.
Hiilidioksidi (CO2): Hiilidioksidimolekyylit muodostavat vain pienen osan ilmakehästä, mutta niillä on silti erittäin voimakas vaikutus ilmastoon. 1850-luvun puolivälissä, ennen teollisen vallankumouksen alkamista ja siihen liittyvää hiilen polttamista, ilmakehässä oli noin 270 hiilidioksidin tilavuusosaa (ppmv)2. Tämä taso on tasaisesti noussut, kun hiilen ja muiden fossiilisten polttoaineiden, kuten bensiinin, palaminen on vapauttanut enemmän kaasua ilmakehään. CO2 Ilmakehän taso on nyt noin 400 (ppmv), mikä on 50 prosentin lisäys.
Ihmisen aiheuttaman ilmastomuutoksen koko idean vastustajat saattavat viitata siihen, että CO2 muodostaa niin pienen osan ilmakehästä, jopa tällä raskaan teollisuuden aikakaudella, että sillä ei voi olla merkittäviä vaikutuksia ilmastoon. Tämä on helposti suosittu idea, koska sillä on tietty määrä intuitiivista järkeä. Mutta on myös "järkevää", että pieni pieni verenkierrossa olevien mikroskooppisten bakteeritaso, joka painaa huomattavasti vähemmän kuin milligrammaa, ei välttämättä riitä aiheuttamaan vakavaa sairautta ja että pienet käärmeen myrkkytasot eivät ole mahdollisesti vaarallisia tai tappavia.Nämä ideat ovat selvästi hölynpölyä, joten intuitio voi tieteessä olla pahasti huono opas.
Metaani (CH4): Metaani on voimakas kasvihuonekaasu, jolla on kyky absorboida huomattavasti enemmän lämpöä molekyylin molekyyliä kuin hiilidioksidi voi. Koostuu yhdestä hiiliatomista, joka on liittynyt neljään vetyatomiin, CH4, kuten CO2, löytyy ilmakehässä pieninä määrinä, mutta sillä voi olla huomattava vaikutus ilmaston lämpenemiseen. Karja päästää metaanikaasua, ja koska se on yksinkertaisin hiilivetyksi luokiteltava molekyyli, sitä käytetään myös polttoaineena. Kun metaania poltetaan, hiilidioksidi vapautuu ilmakehään sivutuotteena, mikä tekee metaanista sekä suoran että epäsuoran vaikutuksen kasvihuoneilmiöön.
Kasvihuoneilmiö ajan myötä
Kuten todettiin, vaikka vain pieni osa maapallon ilmakehän kaasuista katsotaan kasvihuonekaasuiksi, niillä on huomattava vaikutus ilmastoon riippumatta siitä, ovatko ne päässeet sinne luonnollisten prosessien tai ihmisen toiminnan seurauksena. Joskus 2000-luvulla hiilidioksidin määrä ilmakehässä on todennäköisesti kaksi kertaa suurempi kuin se oli vuosisadan alussa. Myös muiden kasvihuonekaasujen, lähinnä metaanin ja typpioksidin, pitoisuudet ovat nousussa. Kasvihuonekaasujen määrä kasvaa suhteessa poltettavien fossiilisten polttoaineiden määrään, joka karkottaa kasvihuonekaasujen lisäksi myös ilman pilaantumisen ilmakehään. Kasvihuonekaasut löytävät tiensä ilmakehään myös muista lähteistä. Karja vapauttaa metaanikaasua ruoan sulatuksen aikana. Lisäksi näennäisesti hyvänlaatuiset prosessit voivat lisätä ei-triviaalia määrää CO: ta2 sekoitukseen. Esimerkiksi, kun sementti on valmistettu kalkkikivestä, hiilidioksidi vapautuu.
Kun ilmakehässä on enemmän kasvihuonekaasuja, jolloin syntyy jotain näkymätöntä kattoa (ei toisin kuin oikeassa kasvihuoneessa), ylöspäin kulkeva lämpö pysähtyy todennäköisemmin kuin poistuu kokonaan ilmakehästä, koska ylimääräiset kasvihuonekaasut absorboivat ja säteilevät sitten , tämä lämpö infrapunasäteilynä. Osa lämmöstä suuntautuu pois maapallosta, mutta osan absorboi lähellä olevat kasvihuonekaasumolekyylit, ja osa palaa jälleen maan pinnalle. Siksi planeetta jatkaa lämpenemistä erilaisten mekanismien avulla kasvihuonekaasujen kertyessä. Jäätiköt taantuvat, maapallon molemmilla puolilla jää sulaa, valtameret lämpenevät ja muuttuvat happamemmiksi, lumipeite maailmanlaajuisesti vähenee ja katastrofaaliset säätapahtumat, kuten hurrikaanit, yleistyvät.
Takapihan kasvihuone
Oman kasvihuoneen tekeminen ei ole triviaalia hanketta, mutta tarpeeksi kunnianhimoisesti se ei ole intohimoisen henkilön tai ryhmän keinojen ulkopuolella. Haluatpa suojata kesäkasveja talvella, päästä alkuun kevätmuotoisilla maisemointikasveilla tai vain oppia vähän sisätilojen puutarhaviljelystä, voit hankkia asennuksen minne tahansa muutamasta sadasta Yhdysvaltain dollarista muutamaan tuhanteen.