DRIVHUSEFFEKT: HVORDAN DEN PRODUCERES, ÅRSAGER, GASSER, KONSEKVENSER - MILJØ - 2025

Den drivhuseffekten er en naturlig proces, hvor atmosfæren bevarer en del af den infrarøde stråling udsendt af jorden og dermed opvarmer den. Denne infrarøde stråling kommer fra opvarmningen, der genereres på jordoverfladen ved solstråling.

Denne proces sker, fordi Jorden som et uigennemsigtigt legeme absorberer solstråling og udsender varme. På samme tid, da der er en atmosfære, slipper varme ikke helt ud i det ydre rum.

Drivhuseffektordning. Kilde: Robert A. Rohde (Dragons flight på engelsk Wikipedia), Oversættelse til spansk felix, tilpasningslayout Basquetteur

En del af varmen absorberes og genudsendes i alle retninger af de gasser, der udgør atmosfæren. Jorden opretholder således en bestemt termisk ligevægt, der opretter en gennemsnitstemperatur på 15 ºC, hvilket garanterer et variabelt interval, i hvilket liv kan udvikle sig

Udtrykket "drivhuseffekt" er en simil med drivhuse til dyrkning af planter i klimaer, hvor omgivelsestemperaturen er lavere end krævet. I disse voksende huse tillader plast- eller glastaket passage af sollys, men forhindrer udgangen af ​​varme.

På denne måde opretholdes et varmt mikroklima, der er gunstigt for udviklingen af ​​planter, uanset den lavere udetemperatur.

De mest relevante gasser i drivhuseffekten er vanddamp, kuldioxid (CO2) og methan. Derefter indarbejdes andre gasser, som et resultat af forurening genereret af mennesker, og CO2-niveauerne stiger.

CO2-gasser, vanddamp og metan i atmosfæren

Disse gasser indbefatter nitrogenoxider, hydrofluorcarboner, perfluorerede carbonhydrider, svovlhexafluorid og chlorfluorcarboner.

Er drivhuseffekten god eller dårlig?

Drivhuseffekten er grundlæggende for livet på Jorden, da den garanterer det passende temperaturområde for dens eksistens. De fleste biokemiske processer kræver temperaturer mellem -18oC og 50oC.

I den geologiske fortid har der været udsving i jordens gennemsnitstemperatur, enten stigende eller faldende. I de sidste to århundreder har der været en proces med vedvarende stigning i den globale temperatur.

Forskellen er, at stigningen i øjeblikket er særlig høj og ser ud til at være forbundet med menneskelig aktivitet. Disse aktiviteter genererer drivhusgasser, der fremhæver fænomenet.

Hvad er problemet så?

Mennesker har vedvarende tilføjet miljøgifter siden midten af ​​1700-tallet som et resultat af industrialiseringen. Blandt disse forurenende stoffer er emissionen af ​​gasser, der bidrager til drivhuseffekten, enten fordi de absorberer varme eller beskadiger ozonlaget.

Ozonlaget findes i den øverste del af stratosfæren og filtrerer ultraviolet (højere energi) solstråling. Jo mere ultraviolet stråling, jo mere varme og derudover kan mutagene virkninger genereres.

På den anden side reducerer varmebeholdende gasser som CO2 og metan emission af varmetab fra jorden. Mens blandt de gasser, der beskadiger ozonlaget, er alle fluor- og chlorforbindelser.

Konsekvenserne af stigningen i drivhuseffekten er en stigning i jordens temperatur. Dette medfører igen en række klimatiske ændringer, herunder smeltning af polær og is is.

Hvordan produceres drivhuseffekten?

- Jordens atmosfære

Lag af atmosfæren

At forstå de grundlæggende elementer i den kemiske sammensætning og strukturen i atmosfæren er grundlæggende for at forstå drivhuseffekten.

Kemisk sammensætning af jordens atmosfære

Kvælstof (N) dominerer i sammensætningen af ​​jordens atmosfære, 79% og ilt (O2) 20%. De resterende 1% består af forskellige gasser, hvoraf de mest udbredte er Argon (Ar = 0,9%) og CO2 (0,03%).

Disse gasser kan ikke absorbere sollys, det vil sige den kortbølgenergi, der udsendes af solen (synligt og ultraviolet spektrum).

Lag af atmosfæren

Den højeste andel af atmosfæriske gasser koncentreres i strimlen, der går fra jordoverfladen til 50 km i højden. Dette skyldes den tiltrækning, som tyngdekraften skaber på de gasser, der udgør atmosfæren.

I disse første 50 km atmosfære genkendes to lag, det første fra 0 til 10 km højt og det andet fra 10 til 50 km højt. Den første kaldes troposfæren og koncentrerer cirka 75% af atmosfærens gasmasse.

Den anden er stratosfæren, der koncentrerer 24% af den atmosfæriske luftmasse og i dens øverste del er ozonlaget. Ozonlaget er nøglen til at forstå drivhuseffekten, da det er ansvarlig for at fastgøre de ultraviolette stråler fra solen.

Selvom yderligere tre lag strækker sig over disse lag i atmosfæren, er de to laveste lag de afgørende faktorer for drivhuseffekten.

- Drivhuseffekten

De vigtigste elementer i den proces, hvormed drivhuseffekten produceres, er Solen, Jorden og atmosfæriske gasser. Solen er energikilden, jorden modtageren af ​​denne energi og udsender af varme og gasser spiller forskellige roller i henhold til deres egenskaber.

Solenergi

Solen udsender grundlæggende højenergistråling, dvs. svarende til de synlige og ultraviolette bølgelængder af det elektromagnetiske spektrum. Emissionstemperaturen for denne energi når 6.000 ºC, men det meste af den spredes undervejs.

Af de 100% solenergi, der når atmosfæren, reflekteres ca. 30% til det ydre rum (albedo-effekt). 20% absorberes af atmosfæren, hovedsageligt af suspenderede partikler og ozonlaget, og de resterende 50% varmer jordoverfladen. Denne video afspejler denne proces:

Jorden

Som ethvert legeme udsender Jorden stråling, som i dette tilfælde er langbølget stråling (infrarød). Den infrarøde stråling, der udsendes af Jorden, kommer fra dens glødecentrum (geotermisk energi), men emissionstemperaturen er lav (næsten 0 ºC).

Imidlertid modtager Jorden solenergi, der også opvarmer den og udsender yderligere infrarød stråling.

På den anden side reflekterer Jorden en vigtig del af solstråling på grund af dens albedo (lys tone eller hvidhed). Denne albedo skyldes hovedsageligt skyer, vandmasser og is.

Under hensyntagen til albedo og afstanden fra planeten til solen skal jordens temperatur være -18 ºC (effektiv temperatur). Den effektive temperatur refererer til hvad en krop kun skal have i betragtning af albedo og afstand.

Jordens reelle gennemsnitstemperatur er imidlertid omkring 15 ° C med en forskel på 33 ° C med den effektive temperatur. I denne markante forskel mellem den faktiske og effektive temperatur spiller atmosfæren en grundlæggende rolle.

Atmosfæren

Nøglen til jordens temperatur er dens atmosfære, hvis den ikke eksisterede, ville planeten være fastfrosset. Atmosfæren er gennemsigtig for meget af kortbølgestrålingen, men ikke for en stor del af langbølget (infrarød) stråling.

Ved at lade solstråling igennem opvarmes Jorden og udsender infrarød stråling (varme), men atmosfæren absorberer noget af den varme. På denne måde bliver lagene i atmosfæren og skyerne varme og udsender varme i alle retninger.

Drivhuseffekt

Processen med global opvarmning ved atmosfærisk tilbageholdelse af infrarød stråling er det, der kaldes drivhuseffekten.

Drivhus i Kew Gardens (England). Kilde:

Navnet kommer fra landbrugs drivhuse, hvor der dyrkes arter, der kræver en højere temperatur end den, der findes i produktionsområdet. Til dette har disse voksende huse et tag, der tillader passage af sollys, men beholder den udsendte varme.

På denne måde kan der oprettes et varmt mikroklima for de arter, der kræver det i deres vækst.

Årsager

Selvom drivhuseffekten er en naturlig proces, ændres den af ​​menneskelig handling (antropisk handling). Derfor er det nødvendigt at differentiere de naturlige årsager til fænomenet og antropiske ændringer.

- Naturlige årsager

Solenergi

Kortbølget (højenergi) elektromagnetisk stråling fra solen er det, der varmer jordoverfladen. Denne opvarmning medfører udsendelse af langbølget (infrarød) stråling, det vil sige varme, i atmosfæren.

Geotermisk energi

Planetens centrum er glødende og genererer ekstra varme end den, der er forårsaget af solenergi. Denne varme overføres gennem jordskorpen hovedsageligt gennem vulkaner, fumaroler, gejsere og andre varme kilder.

Atmosfærisk sammensætning

Egenskaberne ved de gasser, der udgør atmosfæren, bestemmer, at solstråling når jorden, og at infrarød stråling delvis bevares. Nogle gasser, såsom vanddamp, CO2 og methan, er især effektive til at opretholde atmosfærisk varme.

Naturlige bidrag fra drivhusgasser

De gasser, der bevarer infrarød stråling fra opvarmning af jordoverfladen kaldes drivhusgasser. Disse gasser produceres naturligt som CO2, der er bidraget med respiration af levende væsener.

Havene udveksler også store mængder CO2 med atmosfæren, og naturlige brande bidrager også med CO2. Havene er en naturlig kilde til andre drivhusgasser såsom nitrogenoxid (NOx).

På den anden side er mikrobiel aktivitet i jord også en kilde til CO2 og NOx. Derudover bidrager dyrenes fordøjelsesprocesser store mængder metan til atmosfæren.

- Antropogene årsager

Varmeudvikling

Menneskelige aktiviteter bidrager ikke kun med gasser, der øger drivhuseffekten, men giver også ekstra varme. En del af den tilførte varme kommer fra forbrænding af fossile brændstoffer og en anden fra faldet i albedo-effekten.

Temperaturfordeling på jordoverfladen. Kilde:

Det sidstnævnte skyldes den større absorption af solenergi af mørke kunstige overflader, såsom asfalt. Forskellige undersøgelser har vist, at store byer genererer et nettovarmetilførsel på mellem 1,5 og 3 ºC.

Industrielle aktiviteter

Industri generelt udsender ekstra varme til atmosfæren samt forskellige gasser, der påvirker drivhuseffekten. Disse gasser kan absorbere og udsende varme (fx: CO2) eller ødelægge ozonlaget (eks: NOx, CFC og andre).

Biltrafik

Store koncentrationer af køretøjer i byer er ansvarlige for det meste af CO2, der tilføjes til atmosfæren. Biltrafik bidrager med omkring 20% ​​af den samlede CO2, der genereres ved forbrænding af fossile brændstoffer.

Produktion af elektricitet og opvarmning

Forbrænding af kul, gas og olierivater til elproduktion og opvarmning bidrager med næsten 50% af CO2.

Fremstilling og byggeri

Tilsammen bidrager disse industrielle aktiviteter næsten 20% af den CO2, der produceres ved forbrænding af fossile brændstoffer.

skovbrand

Skovbrande er også forårsaget af menneskelige aktiviteter og frigiver årligt millioner af tons drivhusgasser i atmosfæren.

Affaldsdumps

Akkumulering af affald og fermenteringsprocesser, der finder sted, samt afbrænding af nævnte affald, er en kilde til drivhusgasser.

landbrug

Landbrugsaktiviteter bidrager årligt med mere end 3 millioner ton metangas til atmosfæren. Blandt de afgrøder, der bidrager mest i denne henseende, er ris.

For ris kommer metanbidraget fra det økosystem, der genereres af dets dyrkningssystem. Dette skyldes, at risen er plantet i et ark vand, hvilket skaber en kunstig sump.

I sumpe nedbryder bakterier organisk stof under anaerobe forhold, der producerer metan. Denne afgrøde kan bidrage med op til 20% af den metan, der injiceres i atmosfæren.

En anden afgrøde, hvis forvaltning genererer drivhusgasser, er sukkerrør, da den brændes før høsten og producerer en stor mængde CO2.

Drøvtyggere husdyr

Drøvtyggere som køer spiser fibrøst græs gennem gæringsprocesser udført af bakterier i deres fordøjelsessystemer. Fermenteringen frigiver 3 til 4 liter metangas dagligt i atmosfæren for hvert dyr.

Kun i betragtning af kvæg estimeres et bidrag svarende til 5% af drivhusgasserne.

- Kædereaktion

Stigningen i den globale temperatur, der forårsager stigningen i drivhusgasser, inducerer en kædereaktion. Når temperaturen i havene stiger, øges frigivelsen af ​​CO2 i atmosfæren.

På samme måde frigiver smeltningen af ​​polerne og permafrosten CO2, der er fanget der. Også ved højere omgivelsestemperaturer er der en større forekomst af skovbrande, og der frigøres mere CO2.

Drivhusgasser

Nogle gasser såsom vanddamp og CO2 fungerer i den naturlige proces med drivhuseffekten. Den antropiske proces involverer på sin side andre gasser ud over CO2.

Globale trendkurver for akkumulering af forskellige drivhusgasser. Kilde: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivativt arbejde: Ortisa (tale) derivatarbejde: Ortisa

Kyoto-protokollen overvejer emissionerne fra seks drivhusgasser, herunder kuldioxid (CO2) og metan (CH4). Også nitrogenoxid (N20), hydrofluorcarbon (HFC), perfluoreret carbonhydrid (PFC) og svovlhexafluorid (SF6).

Vanddamp

Vanddamp er en af ​​de vigtigste drivhusgasser for dens evne til at absorbere varme. Imidlertid frembringes ligevægt, fordi vand i flydende og fast tilstand reflekterer solenergi og afkøler jorden.

Kuldioxid (CO2)

Kuldioxid er den vigtigste langlivede drivhusgas i atmosfæren. Denne gas er ansvarlig for 82% af stigningen i drivhuseffekten, der er sket i de senere årtier.

I 2017 rapporterede Verdens Meteorologiske Organisation en global CO2-koncentration på 405,5 ppm. Dette repræsenterer en stigning på 146% i forhold til de niveauer, der blev estimeret før 1750 (førindustriel æra).

Methan (CH

Metan er den næstvigtigste drivhusgas og bidrager med cirka 17% af opvarmningen. 40% af metan produceres af naturlige kilder, hovedsageligt vådområder, mens de resterende 60% genereres af menneskelige aktiviteter.

Blandt disse aktiviteter er drøvtyggere, opdræt af ris, udnyttelse af fossilt brændsel og forbrænding af biomasse. I 2017 nåede atmosfærisk CH4 en koncentration på 1.859 ppm, hvilket er 257% højere end det præindustrielle niveau.

Kvælstofoxider (NOx)

NOx bidrager til ødelæggelse af stratosfærisk ozon og øger mængden af ​​ultraviolet stråling, der trænger ind i Jorden. Disse gasser stammer fra den industrielle produktion af salpetersyre og adipinsyre samt fra brug af gødning.

I 2017 nåede disse gasser en atmosfærisk koncentration på 329,9 ppm, svarende til 122% af det niveau, der blev estimeret for den præindustrielle æra.

Hydrofluorcarboner (HFC'er)

Disse gasser anvendes i forskellige industrielle applikationer til erstatning af CFC'er. Imidlertid påvirker HFC'er også ozonlaget og har en meget høj aktiv varighed i atmosfæren.

Perfluoreret carbonhydrid (PFC)

PFC'er produceres i forbrændingsanlæg til aluminiumssmeltningsprocessen. Ligesom HFC'er har de en høj permanens i atmosfæren og påvirker integriteten af ​​det stratosfæriske ozonlag.

Svovlhexafluorid (SF6)

Denne gas har også en negativ indvirkning på ozonlaget såvel som stor persistens i atmosfæren. Det bruges i højspændingsudstyr og til produktion af magnesium.

Chlorofluorcarboner (CFC'er)

CFC er en kraftig drivhusgas, der skader stratosfærisk ozon og er reguleret under Montreal-protokollen. I nogle lande som Kina bruges det dog stadig i forskellige industrielle processer.

Hvad er drivhuseffekten for levende væsener?

- Grænseværdier

Livet som vi kender det er ikke muligt over visse temperaturniveauer. Kun nogle termofile bakterier er i stand til at bebo miljøer med temperaturer over 100 ° C.

Vital temperatur

Generelt varierer amplituden af ​​temperaturvariation, der tillader det meste af den aktive levetid, fra -18 ºC til 50 ºC. Ligeledes kan livsformer eksistere i en latent tilstand ved temperaturer på -200 ºC og 110 ºC.

De fleste arter af dyr og planter har endnu mere begrænsede toleranceområder for stuetemperatur.

- Den dynamiske temperaturbalance

Drivhuseffekten er en positiv naturlig proces for livet på planeten, da den garanterer det vitale temperaturområde. Men dette er så længe den rette balance opretholdes mellem solenergiindgang og infrarød stråling.

Balancen

Balance er garanteret, fordi naturen producerer næsten lige så mange drivhusgasser, som den immobiliserer. Havet producerer omkring 300 gigatons CO2, men absorberer lidt mere.

Ligeledes producerer vegetationen omkring 440 gigatons CO2, på samme tid som den fikseres omkring 450.

Konsekvenser af drivhuseffekten på grund af forurening

Antropisk forurening bidrager med ekstra mængder drivhusgasser, hvilket bryder den naturlige dynamiske balance. Selvom disse mængder er langt mindre end dem, der genereres af naturen, er de nok til at bryde denne balance.

Dette har alvorlige konsekvenser for den planetariske termiske balance og igen for livet på Jorden.

Global opvarmning

Stigningen i koncentrationen af ​​drivhusgasser genererer en stigning i den globale gennemsnitstemperatur. Faktisk anslås den gennemsnitlige globale temperatur at være steget 1,1 ° C siden den præindustrielle æra.

På den anden side er det blevet indikeret, at perioden fra 2015 til 2019 har været den hotteste på rekorden indtil videre.

Smeltning af isen

Stigningen i temperatur fører til smeltning af polaris og gletsjere over hele verden. Dette indebærer en stigning i havoverfladen og ændring af havstrømmene.

Klima forandring

Selvom der ikke er nogen fuld enighed om processen med klimaforandringer som følge af den globale opvarmning, er virkeligheden, at planetens klima ændrer sig. Dette er beviset i ændringen af ​​havstrømme, vindmønstre og nedbør blandt andre aspekter.

Ubalance i befolkningen

Ændring af levesteder på grund af stigningen i temperatur påvirker artens befolkning og biologiske opførsel. I nogle tilfælde er der arter, der øger deres populationer og udvider deres udbredelsesområde.

Imidlertid kan de arter, der har meget smalle temperaturområder for vækst og reproduktion, reducere deres populationer i høj grad.

Fald i fødevareproduktionen

I mange landbrugs- og husdyrområder er produktionen reduceret, fordi arten påvirkes af stigningen i temperatur. På den anden side resulterer økologiske ændringer i spredning af landbrugsskadedyr.

Folkesundhed

Vektorbårne sygdomme

Når den planetariske gennemsnitstemperatur stiger, udvider nogle sygdomsvektordyr deres geografiske interval. Således forekommer tilfælde af tropiske sygdomme uden for deres naturlige rækkevidde.

Chok

Stigningen i temperatur kan producere den såkaldte termiske chok eller heteslag, hvilket indebærer ekstrem dehydrering. Denne situation kan forårsage alvorlig organsvigt, især rammer børn og ældre.

Forebyggelse og løsninger

For at forhindre stigningen i drivhuseffekten er det nødvendigt at reducere emissionerne af de gasser, der forårsager den. Dette kræver foranstaltninger, der spænder fra offentlig opmærksomhed, gennem national og international lovgivning, til teknologiske ændringer.

Ifølge Det Mellemstatslige Panel for Klimaændringer (IPCC) er det imidlertid ikke nok at reducere emissionerne. Derudover er det nødvendigt at reducere den aktuelle koncentration af drivhusgasser i atmosfæren for at stoppe den globale opvarmning.

I denne forstand er en løsning at øge vegetationsdækket for at fikse atmosfærisk CO2. En anden er at implementere teknologiske luftfiltreringssystemer til at udtrække CO2 og fiksere det i industriprodukter.

Indtil videre har bestræbelserne på at nå internationale aftaler som Kyoto-protokollen ikke opfyldt deres mål. På den anden side er den teknologiske udvikling til udvinding af atmosfærisk CO2 kun på prototypeniveau.

Forebyggelse

For at forhindre en stigning i drivhuseffekten er det nødvendigt at reducere produktionen af ​​drivhusgasser. Dette indebærer en række handlinger, der inkluderer udvikling af borgernes samvittighed, lovgivningsmæssige foranstaltninger, teknologiske ændringer.

Opmærksomhed

Et statsborgerskab, der er opmærksom på problemet med den globale opvarmning, der genereres af stigningen i drivhuseffekten, er grundlæggende. På denne måde tilvejebringes det nødvendige sociale pres, så regeringer og økonomiske magter træffer de nødvendige foranstaltninger.

Juridiske rammer

Den største internationale aftale om at tackle problemet med produktion af drivhusgasser er Kyoto-protokollen. Indtil videre har dette juridiske instrument ikke været effektivt til at reducere udledningen af ​​drivhusgasser.

Nogle af de vigtigste industrialiserede lande med de højeste emissionsniveauer underskrev ikke protokoludvidelsen for sin anden periode. Derfor er en strengere national og international juridisk ramme nødvendig, hvis der skal opnås reel virkning.

Teknologiske ændringer

Genforening af industrielle processer er påkrævet for at reducere drivhusgasemissioner. Tilsvarende er det nødvendigt at fremme brugen af ​​vedvarende energier og reducere brugen af ​​fossile brændstoffer.

På den anden side er det vigtigt at reducere produktionen af ​​forurenende affald generelt.

Løsninger

Ifølge eksperterne er det ikke nok at reducere drivhusgasemissionerne, det er også nødvendigt at reducere de aktuelle koncentrationer i atmosfæren. Til dette er der foreslået forskellige alternativer, der kan bruge meget enkle eller sofistikerede teknologier.

Carbon synker

Til dette anbefales det at øge dækningen af ​​skove og jungler samt implementere strategier som grønne tag. Planter fikserer atmosfærisk CO2 i deres plantestrukturer og udtrækker det fra atmosfæren.

Carbon-ekstraktionspumper

Indtil nu er det kostbart at udvinde CO2 fra atmosfæren energimæssigt og har høje økonomiske omkostninger. Imidlertid er der fortsat forskning for at finde effektive måder at filtrere luften og fjerne CO2.

Et af disse forslag er allerede i pilotanlægsfasen og udvikles af universiteterne i Calgary og Carnegie Mellon. Denne plante bruger en opløsning af kaliumhydroxid som en vandlås og kaustisk calcium, gennem hvilken luften filtreres.

I denne proces tilbageholdes CO2 indeholdt i luften og danner calciumcarbonat (CaCO3). Derefter opvarmes calciumcarbonatet, og CO2 frigøres ved anvendelse af det resulterende rensede CO2 til industriel anvendelse.

Bibliografiske referencer

1. Bolin, B. og Doos, BR Drivhuseffekt.
2. Caballero, M., Lozano, S. og Ortega, B. (2007). Drivhuseffekt, global opvarmning og klimaændringer: et jordvidenskabeligt perspektiv. University Digital Magazine.
3. Carmona, JC, Bolívar, DM og Giraldo, LA (2005). Metangas i husdyrproduktion og alternativer til at måle dens emissioner og reducere dens indvirkning på miljøet og produktionen. Colombianske tidsskrift for livestock Sciences.
4. Elsom, DM (1992). Atmosfærisk forurening: et globalt problem.
5. Martínez, J. og Fernández, A. (2004). Klimaændringer: udsigt fra Mexico.
6. Schneider, SH (1989). Drivhuseffekten: Videnskab og politik. Videnskab.