Kasvihuoneilmiö

Kasvihuoneilmiö on planeettojen kaasukehien prosessi, jossa kaasukehän kaasut imevät itseensä ja säteilevät infrapunasäteilyä lämmittäen planeetan ilmakehää ja pintaa. Ilmiön nimi tulee siitä, että auringonvalo lämmittää kasvihuoneen ulkoilmaa lämpimämmäksi. Joseph Fourier havaitsi kasvihuoneilmiön vuonna 1824, ja kvantitatiivisesti sitä tutki ensimmäisenä Svante Arrhenius 1896.

Kasvihuonekaasut luovat luonnollisen kasvihuoneilmiön, jota ilman maan keskilämpötila olisi 20–30 °C kylmempi.

 }}

 }}

Kasvihuonekaasut

Kasvihuonekaasu on kaasu, joka päästää lähes täydellisesti lävitseen auringostann tulevan säteilyn, varsinkin näkyvän valo, mutta imee huomattavan osan planeetan pinnalta lähtevästä pitkäaaltoisemmasta lämpösäteilystä (infrapunansäteilystä), joka täten ei pääse poistumaan avaruuteen. Täten kasvihuonekaasujen vaikutuksesta ilmakehä lämpötila on korkeampi kuin se muuten olisi. Maassa merkittävimmät kasvihuonekaasut ovat vesihöyry, joka aiheuttaa noin 36–70 % kasvihuoneilmiöstä (pilvet eivät sisälly lukuun); hiilidioksidi (CO₂), joka aiheuttaa 9–26 %; metaani (CH₄), joka aiheuttaa 4–9 %, sekä otsoni, joka aiheuttaa 3–7 %.

 }}

 }}

 }} Kasvihuonekaasujen viipymisaika ilmakehässä vaihtelee muutamasta päivästä (vesihöyry) satoihin vuosiin (hiilidioksidi).

 }}

Kasvihuoneilmiön voimistuminen

Maapallon keskilämpötila nousi 1900-luvulla 0,74 ± 0,18 °C. Hallitustenvälisen ilmastopaneelin IPCC:n mukaan viimeaikainen ilmaston lämpeneminen johtuu erittäin todennäköisesti (yli 90 % todennäköisyydellä) ihmiskunnan aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä, jotka ovat nostaneet ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuuksia.IPCC AR4, Osa 1 Tiedemiehet eivät ”usko” kasvihuoneilmiöön tai ”vastusta” sitä sinänsä, vaan pikemminkin käynnissä oleva ilmastonmuutoskeskustelu koskee kasvihuonekaasupitoisuuksien kasvamisen vaikutuksia lämpenemiseen ja muihin ilmiöihin.

Ilmakehän tämänhetkinen CO₂-pitoisuus on noin 383 miljoonasosaa (ppm) tilavuudesta.

 }}

 }}

Positiiviset palautekytkennät, kuten Siperian turvesoiden ikiroudan sulamisesta aiheutuvat mahdollisesti jopa 70 000 miljoonan tonnin metaanipäästöt,

 }}

Mustan kappaleen säteilylaki

Kasvihuoneilmiötä voidaan tarkastella niin sanotun mustan kappaleen säteilylain pohjalta. Lain mukaan täysin musta kappale vastaanottaa energiaa ympäristöstään ja säteilee energiaa ympäristöönsä maksimaalisella teholla. Tätä tehoa kuvaa Stefan-Boltzmannin säteilylaki. Säteilyteho riippuu kappaleen lämpötilasta. Kasvihuoneilmiö syntyy, kun kappale on mustan kappaleen säteilyä noudattavan kappaleen (esimerkiksi Aurinko) ympäristössä. Jos kappale on säteilevän kappaleen lämpötilan edustamilla sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuksilla ”mustempi”, kuin omaa lämpötilaansa vastaavilla aallonpituuksilla, niin kappaleen lämpötila nousee korkeammaksi, kuin kahden täysin mustan kappaleen säteilytasapainotila edellyttäisi. Esimerkki tällaisesta aurinkokunnan kappaleesta on Venus.

Myös päinvastainen ilmiö on mahdollinen. Jos kappale on oman lämpötilansa aallonpituusalueilla mustempi kuin säteilevän kappaleen lämpötilaa vastaavilla aalonpituuksilla, sen lämpötila voi asettua alemmalle tasolle kuin kahden täysin mustan kappaleen säteilytasapainotila edellyttäisi. Esimerkkejä tällaisesta aurinkokunnan kappaleista ovat Saturnuksen kuu Titan ja kääpiöplaneetta Pluto.

Kasvihuoneilmiön vaikutus lämpötilaan

	Merkurius	Venus	Maa	Mars
Auringon säteilyteho (W/m²)	9127	2614	1368	589
Pintalämpötila ka. (K)	440 K	740 K	288 K	208 K
Geometrinen albedo	0,106	0,65	0,367	0,150
Kaasukehän paine (bar)	≈ 10-15	92	1,014	0,000636

Venuksen kaasukehä on niin tiheä, että painen pinnalla on 92 kertaa korkeampi kuin Maassa. Kaasukehä koostuu lähes yksinomaan hiilidioksidista (96,5 %). Kasvihuoneilmiö on pääsyynä siihen, että lämpötila planeetan pinnalla ylittää lyijy sulamispisteen. Kaasukehä pidättää niin hyvin lämpöä, että planeetan lämpötila ei juurikaan vaihtele päivän ja yön puolella, päinvastoin kuin Merkuriuksessa, jossa päivällä lämpötila on 530 °C korkeampi kuin yöllä. Yön puolella kaasukehätön Merkurius säteilee pinnan lämmön avaruuteen.

Eri kaasujen vaikutus säteilyn absorptioonon maan ilmakehässä.

poistetut kaasut	absorbtoitunut säteily (%)
kaikki	0
H2O, CO2, O3	50
H2O	64
Pilvet	86
CO2	88
O3	97
Normaali ilmakehä	100

Ramanathan and Coakley, Rev. Geophys and Space Phys., 16 465 (1978)

Ilman kasvihuoneilmiötä keskimääräinen lämpötila maapallolla olisi -18 °C. Maan kasvihuoneilmiöstä suurin osa (60 %) johtuu vesihöyrystä. Muut ilmiöön vaikuttavat kaasut ovat hiilidioksidi (CO₂) 26%, metaani (CH₄), dityppioksidi (N₂O) ja otsoni O₃, yhteensä 8%. Nämä kaasut tunnetaan kasvihuonekaasuina.

Lähteet