Skleníkový efekt

Skleníkový efekt je hlavní motor v současnosti probíhající změny klimatu. Jak ale funguje?

Zemská atmosféra propouští většinu viditelného světla, kterým na něj svítí Slunce1. To dopadá na zemský povrch a ohřívá jej, právě tak, jako ohřeje vaši kůži, když se budete opalovat. Takto je pohlcena asi polovina příchozího slunečního záření.

Zemský povrch v sobě nedokáže udržet všechnu takto získanou energii, takže část z ní vyzáří v podobě infračervených paprsků. Zatímco pro viditelné světlo je atmosféra snadno prostupná, u světla infračerveného tomu tak není.

Velkou většinu z nich pohltí právě skleníkové plyny, což zvýší jejich teplotu. Podobně jako povrch země i ony pak toto teplo dál vyzařují – na rozdíl od povrchu už ale ne směrem vzhůru do vesmíru, kde by neškodně zmizelo, ale všemi směry, takže asi dvě třetiny z něj v atmosféře už zůstanou.

Skleníkové plyny tedy působí tak trochu jako poklička na hrnci, která brání teplu utíkat pryč.

Schéma skleníkového efektu na naší planetě. Obrázek je významně inspirován podobnou infografikou od Britannicy.

Je důležité si uvědomit, že skleníkový efekt na Zemi, stejně jako na ostatních planetách, je zcela přirozený. Není to tedy něco nového, co by vznikalo v důsledku lidské činnosti. Bez něj by byla průměrná teplota naší planety pouhých osmnáct stupňů pod nulou namísto současných patnácti nad nulou. V důsledku lidské činnosti se ovšem koncentrace některých skleníkových plynů v atmosféře zvyšuje, což tento efekt posiluje.

V tomto kontextu je svým způsobem pravdivý argument některých klimatických skeptiků, že oxid uhličitý je jen jedním z mnoha skleníkových plynů, a že současné zvyšování jeho koncentrace tudíž nezpůsobí tak velké zesílení skleníkového efektu.

Neznamená to ale, že by emise oxidu uhličitého nepředstavovaly problém, protože ve chvíli, kdy skleníkový efekt zvyšuje teplotu planety o 33 stupňů celsia, jej stačí zesílit o jednotky procent, aby došlo ke zvýšení průměrné teploty o několik stupňů, což by mělo katastrofické dopady na většinu ekosystémů, jak si budeme ukazovat v budoucích článcích.

Takhle nějak by mohla vypadat naše planeta, pokud by na ní vůbec neprobíhal skleníkový efekt

Pro podrobnější pochopení vlivu skleníkového efektu na změnu klimatu se musíme podívat, jaké skleníkové plyny se v naší atmosféře vyskytují, jaké mají vlastnosti, a jak se vlivem lidské činnosti mění jejich koncentrace. Dělíme je do dvou skupin: na vynucující (forcing) a zpětnovazebné (feedbacks).

Vynucující plyny jsou stabilní a zůstávají v atmosféře velmi dlouho. Změny v jejich koncentraci tak díky jejich dlouhodobému působení spouští změny klimatu. Ta je poté umocňována zpětnovazebnými plyny, které reagují na změny teploty a zpravidla v atmosféře zůstávají jen poměrně krátce.

Pro srovnání potence jednotlivých skleníkových plynu slouží metrika zvaná GWP (Greenhouse Warming Potential). Ta udává, kolikrát více či méně energie pohltí určité množství emisí daného plynu za jednotku času oproti srovnatelnému množství emisí oxidu uhličitého. Tato metrika také umožňuje dopad emisí jednotlivých plynů jednoduše sčítat. Nejčastěji je používán horizont sta let, ovšem někdy se lze setkat i s GWP za dvacet let.

Oxid uhličitý (CO2)

Bezpochyby nejznámější skleníkový plyn, jehož emise jsou hlavní příčinou současné změny klimatu. Patří mezi vynucující plyny, v atmosféře tedy zůstává velmi dlouho. To představuje v současné situaci obzvlášť velký problém, neboť to znamená, že i poté, co se nám podaří změnu klimatu zastavit, bude zvýšená teplota přetrvávat po mnoho dalších století, stejně jako všechny problémy s ní spojené.

Zdroj: https://climate.nasa.gov/vital-signs/carbon-dioxide/
Zdroj: https://climate.nasa.gov/vital-signs/carbon-dioxide/

Jak je vidět z předchozích grafů, současná koncentrace CO2 v atmosféře je zhruba 417 ppm (částic na milion částic ve vzduchu), neboli 0,0417%, což je zhruba o 140 ppm více než před začátkem industriální revoluce. Pro srovnání, během konce poslední doby ledové byl nárůst koncentrace CO2 ‘pouze’ 95 ppm – a i to stačilo k obrovským změnám v prakticky všech ekosystémech a proměně podoby celé planety.

Vodní pára

Vodní pára je zdaleka nejsilnějším a nejčetnějším skleníkovým plynem, avšak patří mezi zpětnovazebné plyny, a proto změnu klimatu sama o sobě nezpůsobuje. Její koncentrace v atmosféře závisí na aktuální teplotě. Pokud tedy dojde ke zvýšení teploty, například v důsledku zvýšení koncentrace některého z vynucovacích skleníkových plynů, tak se zvýší výpar vody, a s ním i koncentrace vodní páry, což danou změnu teploty umocní. A naopak, pokud by došlo k velkému snížení teploty, množství páry ve vzduchu by kleslo a ochlazení by bylo posíleno2.

Vodní pára hraje zásadní roli při vzniku mraků
Methan (CH4)

Méně známý, avšak mnohokrát silnější než oxid uhličitý. Methan hraje důležitou roli v současné změně klimatu. Na rozdíl od CO2 nezůstává v atmosféře příliš dlouho, v průměru zhruba deset let, avšak i tak je GWP methanu za sto let zhruba 25. Lze tedy říci, že po dobu sta let je methan 25x silnějším skleníkovým plynem, než oxid uhličitý.

Koncentrace methanu v atmosféře je výrazně nižší než koncentrace oxidu uhličitého, ovšem v důsledku lidské činnosti je také na vzestupu. Zatímco koncentrace oxidu uhličitého vzrostla od začátku industriální revoluco o 50 %, koncentrace methanu se zvýšila dokonce o 140 % z původních 775 ppb (částic na miliardu částic vzduchu) na současných 1891 ppb. Jednou z hlavních přičin tohoto nárůstu je průmyslový chov dobytka, neboť krávy a ovce během svého zažívání produkují methanu značné množství.

Zdroj: https://www.methanelevels.org/
Oxid dusný (N2O)

Oxid dusný neboli rajský plyn má ještě mnohem silnější skleníkový efekt než methan, a to hlavně proto, že v atmosféře zůstává zhruba 10x déle, neboli 100 let. GWP oxidu dusného za těchto sto let činí 298, je tedy zhruba 300x silnější, než oxid uhličitý. Většina emisí tohoto plynu pochází ze zemědělství, například z hnojiv na bázi dusíku. Naštěstí je nárůst koncentrací tohoto plynu pomalejší, než u methanu a CO2, od začátku industriální revoluce se jeho koncentrace zvýšila ‘jen’ o 22 %.

Zdroj: https://www.n2olevels.org/
Fluorované plyny (F-gases)

Skupina plynů, mezi které patří fluorované uhlovodíky (HFCs), fluorid sírový (SF6), fluorid dusitý (NF3) a perfluorované uhlovodíky (PFCs). V přírodě se přirozeně nevyskytují, do atmosféry se dostávají pouze díky lidské činnosti. Díky tomu jsou jejich koncetrace velmi nízké, řádově tisíckrát nižší než u předchozích dvou plynů. Nicméně i tak představují z hlediska změny klimatu riziko, neboť jejich GWP se pohybuje v desítkách tisíc. Zároveň jsou schopny v atmosféře zůstat stovky až tisíce let. Tyto plyny se používají v lednicích, klimatizacích a sprejích, kde nahradily chlorfluoruhlovodíky, které byly zakázány kvůli tomu, že způsobovaly ztenčování ozonové vrstvy.

Celkové složení emisí
Srovnání celkových emisí jednotlivých skleníkových plynů dle jejich GWP
Zdroj: https://www.epa.gov/ghgemissions/global-greenhouse-gas-emissions-data

Zde vidíme, že navzdory tomu, že oxid uhličitý je relativně slabý skleníkový plyn, na změně klimatu se podílí nejvíce, protože jej lidstvo vypouští do atmosféry kolem čtyřiceti miliard tun ročně, což tuto slabost vykompenzuje.

V příštím článku se podíváme na uhlíkový cyklus, proces, kterým je uhlík neustále uvolňován do atmosféry, a opět pohlcován půdou a oceány.


1 U neviditelných vlnových délek světla to tak jednoduché není – část z nich, například ultrafialové světlo, je z většiny zablokována atmosférou. Právě skutečnost, že rakovinotvorné ultrafialové světlo se nedokáže pořádně skrz atmosféru dostat, umožňuje existenci života na souši (v oceánech slouží jako štít voda).

2 Tohle je jeden z hlavních důvodů, proč některé z větších dob ledových minulosti, například těch v kryogénu, trvaly i mnoho milionů let – jakmile dojde k podobnému cyklu ochlazování – snižování množství vodní páry ve vzduchu – dalšímu ochlazování, je pro planetu jen velmi obtížné se z něj dostat ven. Typicky k tomu dojde až ve chvíli, kdy sopečné erupce dostanou do atmosféry dostatek oxidu uhličitého, jenž vzduch ohřeje a umožní opětovné nastartování normálního cyklu vodní páry.


Autorem článku je Ondřej Altman. Editorem a korektorem je utheraptor.

Zbytek klimatické série najdete zde.

Komentovat

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s