VÄXTHUSEFFEKT: HUR DEN PRODUCERAS, ORSAKER, GASER, KONSEKVENSER - MILJÖ - 2025

Den Växthuseffekten är en naturlig process i vilken atmosfären behåller en del av den infraröda strålning som emitteras av jorden och därmed värmer det. Denna infraröda strålning kommer från värmen som genereras på jordens yta av solstrålning.

Denna process sker eftersom jorden som en ogenomskinlig kropp absorberar solstrålning och avger värme. På samma gång, eftersom det finns en atmosfär, flyter inte värmen helt ut i rymden.

System för växthuseffekt. Källa: Robert A. Rohde (Dragons flight på engelska Wikipedia), Översättning till spanska felix, anpassningslayout Basquetteur

En del av värmen tas upp och släpps ut i alla riktningar av de gaser som utgör atmosfären. Således upprätthåller jorden en viss termisk jämvikt som fastställer en medeltemperatur på 15 ºC, vilket garanterar ett varierande intervall i vilket liv kan utvecklas

Termen "växthuseffekt" är en likhet med växthus för växande växter i klimat där omgivningstemperaturen är lägre än krävs. I dessa växande hus tillåter plast- eller glastaket att solljus passerar men förhindrar utlopp av värme.

På detta sätt upprätthålls ett varmt mikroklimat som är gynnsamt för utvecklingen av växter, oavsett den lägre utetemperaturen.

De mest relevanta gaserna i växthuseffekten är vattenånga, koldioxid (CO2) och metan. Sedan, som ett resultat av föroreningar som genereras av människor, införlivas andra gaser och CO2-nivåerna ökar.

CO2-gaser, vattenånga och metan i atmosfären

Dessa gaser inkluderar kväveoxider, kolväten, perfluorerade kolväten, svavelhexafluorid och klorfluorkolväten.

Är växthuseffekten bra eller dålig?

Växthuseffekten är grundläggande för livet på jorden eftersom den garanterar lämpligt temperaturområde för dess existens. De flesta biokemiska processer kräver temperaturer mellan -18 ° C och 50 ° C.

Under det geologiska förflutet har det förekommit fluktuationer i jordens medeltemperatur, antingen ökande eller minskande. Under de senaste två århundradena har det skett en process med långvarig ökning av den globala temperaturen.

Skillnaden är att ökningstakten för närvarande är särskilt hög och verkar vara förknippad med mänsklig aktivitet. Dessa aktiviteter genererar växthusgaser som accentuerar fenomenet.

Vad är problemet då?

Människor har ständigt lagt till föroreningar i miljön sedan mitten av 1700-talet, till följd av industrialiseringen. Bland dessa föroreningar är utsläpp av gaser som bidrar till växthuseffekten, antingen för att de absorberar värme eller skadar ozonskiktet.

Ozonskiktet finns i den övre delen av stratosfären och filtrerar ultraviolett (högre energi) solstrålning. Ju mer ultraviolett strålning, desto mer värme och dessutom kan mutagena effekter genereras.

Å andra sidan minskar värmehållande gaser som CO2 och metan utsläppets värmeförlust från jorden. Medan bland gaserna som skadar ozonskiktet finns alla fluor- och klorföreningar.

Konsekvenserna av ökningen av växthuseffekten är en ökning av jordens temperatur. Detta orsakar i sin tur en serie klimatförändringar, inklusive smältning av is och is.

Hur produceras växthuseffekten?

- Jordens atmosfär

Skikt av atmosfären

Att förstå de grundläggande elementen i den kemiska sammansättningen och strukturen i atmosfären är grundläggande för att förstå växthuseffekten.

Kemisk sammansättning av jordens atmosfär

Kväve (N) dominerar i sammansättningen av jordens atmosfär, 79% och syre (O2) 20%. De återstående 1% består av olika gaser, av vilka de vanligaste är Argon (Ar = 0,9%) och CO2 (0,03%).

Dessa gaser kan inte absorbera solljus, det vill säga den korta vågsenergin som avges av solen (synligt och ultraviolett spektrum).

Skikt av atmosfären

Den högsta andelen atmosfäriska gaser koncentreras i remsan som går från jordytan till 50 km i höjd. Detta beror på attraktionen som tyngdkraften gör på de gaser som utgör atmosfären.

I dessa första 50 km atmosfär känns två lager, det första från 0 till 10 km högt och det andra från 10 till 50 km högt. Den första kallas troposfären och koncentrerar ungefär 75% av atmosfärens gasmassa.

Den andra är stratosfären som koncentrerar 24% av den atmosfäriska gasmassan och i dess övre del är ozonskiktet. Ozonskiktet är nyckeln till att förstå växthuseffekten, eftersom det är ansvarigt för att fixera de ultravioletta strålarna från solen.

Även om ytterligare tre lager sträcker sig över dessa atmosfärskikt, är de två lägsta de avgörande faktorerna för växthuseffekten.

- Växthuseffekten

Huvudelementen i processen genom vilken växthuseffekten produceras är solen, jorden och atmosfäriska gaser. Solen är energikällan, jorden mottagaren av denna energi och emitter av värme och gaser spelar olika roller beroende på deras egenskaper.

Solenergi

Solen avger i grunden högenergistrålning, det vill säga motsvarande de synliga och ultravioletta våglängderna i det elektromagnetiska spektrumet. Utsläppstemperaturen för denna energi når 6000 ºC, men det mesta av den sprids längs vägen.

Av de 100% solenergi som når atmosfären reflekteras cirka 30% till yttre rymden (albedo-effekt). 20% absorberas av atmosfären, främst av suspenderade partiklar och ozonskiktet, och de återstående 50% värmer upp jordytan. Den här videon återspeglar denna process:

Jorden

Liksom alla kroppar avger jorden strålning, som i detta fall är långvågstrålning (infraröd). Den infraröda strålningen som avges från jorden kommer från sitt glödande centrum (geotermisk energi), men utsläppstemperaturen är låg (nästan 0 ºC).

Men jorden får solenergi som också värmer den och avger ytterligare infraröd strålning.

Å andra sidan återspeglar jorden en viktig del av solstrålningen på grund av dess albedo (lätt ton eller vithet). Denna albedo beror främst på moln, vattendrag och is.

Med hänsyn till albedo och avståndet från planeten till solen bör jordens temperatur vara -18 ºC (effektiv temperatur). Den effektiva temperaturen avser vad en kropp borde ha endast med tanke på albedo och avstånd.

Jordens verkliga medeltemperatur är emellertid cirka 15 ° C med en skillnad på 33 ° C med den effektiva temperaturen. I denna markerade skillnad mellan den faktiska och effektiva temperaturen spelar atmosfären en grundläggande roll.

Atmosfären

Nyckeln till jordens temperatur är dess atmosfär, om den inte existerade skulle planeten vara fryst permanent. Atmosfären är transparent för mycket av kortvågsstrålningen, men inte för en stor del av den långvågiga (infraröda) strålningen.

Genom att släppa solstrålning värms upp jorden och avger infraröd strålning (värme), men atmosfären absorberar en del av den värmen. På detta sätt blir atmosfären och molnen lager varma och avger värme i alla riktningar.

Växthuseffekt

Processen för global uppvärmning genom atmosfärisk kvarhållning av infraröd strålning är det som kallas växthuseffekten.

Växthus i Kew Gardens (England). Källa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kew_gardens_greenhouse.JPG

Namnet kommer från jordbruks växthus, där arter som kräver en högre temperatur än den som finns i produktionsområdet odlas. För detta har dessa växande hus ett tak som tillåter passage av solljus men behåller den utsända värmen.

På detta sätt är det möjligt att skapa ett varmt mikroklimat för de arter som kräver det i deras tillväxt.

orsaker

Även om växthuseffekten är en naturlig process förändras den av mänsklig handling (antropisk handling). Därför är det nödvändigt att differentiera de naturliga orsakerna till fenomenet och antropiska förändringar.

- Naturliga orsaker

Solenergi

Kortvågs elektromagnetisk strålning från solen är det som värmer jordens yta. Denna uppvärmning orsakar utsläpp av långvåg (infraröd) strålning, det vill säga värme, till atmosfären.

Geotermisk energi

Planetens centrum är glödande och genererar ytterligare värme än den som orsakas av solenergi. Denna värme överförs genom jordskorpan huvudsakligen via vulkaner, fumaroler, gejsrar och andra varma källor.

Atmosfärisk sammansättning

Egenskaperna hos gaserna som utgör atmosfären bestämmer att solstrålning når jorden och att infraröd strålning delvis bibehålls. Vissa gaser som vattenånga, CO2 och metan är särskilt effektiva för att bibehålla atmosfärisk värme.

Naturliga bidrag från växthusgaser

De gaser som behåller infraröd strålning från uppvärmningen av jordens yta kallas växthusgaser. Dessa gaser produceras naturligt som CO2 som bidrar med andning av levande varelser.

Haven utbyter också stora mängder CO2 med atmosfären och naturliga bränder bidrar också med CO2. Haven är en naturlig källa till andra växthusgaser som kväveoxid (NOx).

Å andra sidan är mikrobiell aktivitet i jord också en källa till CO2 och NOx. Dessutom bidrar matsmältningsprocessen hos djur stora mängder metan till atmosfären.

- Antropogena orsaker

Värmeproduktion

Mänskliga aktiviteter bidrar inte bara till gaser som ökar växthuseffekten utan ger också ytterligare värme. En del av den tillförda värmen kommer från förbränning av fossila bränslen och en annan från minskningen av albedo-effekten.

Temperaturfördelning på jordytan. Källa: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SurfaceTemperature.jpg

Det senare beror på den större absorptionen av solenergi av mörka konstgjorda ytor som asfalt. Olika undersökningar har visat att stora städer genererar en nettovärmeinsats på mellan 1,5 och 3 ºC.

Industriella aktiviteter

Industri generellt släpper ut ytterligare värme till atmosfären samt olika gaser som påverkar växthuseffekten. Dessa gaser kan absorbera och avge värme (ex: CO2) eller förstöra ozonskiktet (ex: NOx, CFC och andra).

Biltrafik

Stora koncentrationer av fordon i städer är ansvariga för det mesta av koldioxid som tillförs atmosfären. Biltrafiken bidrar med cirka 20% av den totala koldioxid som genereras genom förbränning av fossila bränslen.

Produktion av el och värme

Förbränning av kol, gas och oljederivat för produktion av el och värme bidrar nästan 50% av koldioxid.

Tillverknings- och byggbranschen

Tillsammans bidrar dessa industriella aktiviteter nästan 20% av den koldioxid som produceras genom förbränning av fossila bränslen.

skogsbränder

Skogsbränder orsakas också av mänskliga aktiviteter och släpper årligen miljoner ton växthusgaser ut i atmosfären.

Avfallsdumpar

Uppsamling av avfall och jäsningsprocesserna som äger rum, liksom förbränning av nämnda avfall, är en källa till växthusgaser.

jordbruk

Jordbruksverksamheten bidrar årligen till mer än 3 miljoner ton metangas till atmosfären. Bland de grödor som bidrar mest i detta avseende är ris.

När det gäller ris kommer metanbidraget från det ekosystem som genereras av dess odlingssystem. Detta beror på att riset planteras i ett vattenlager, vilket skapar en konstgjord träsk.

I träskar bryter bakterier ned organiskt material under anaeroba förhållanden som producerar metan. Denna gröda kan bidra med upp till 20% av metan som injiceras i atmosfären.

En annan gröda vars förvaltning genererar växthusgaser är sockerrör, eftersom den bränns före skörden och producerar en stor mängd CO2.

Idisslare boskap

Idisslare som kor konsumerar fibröst gräs genom jäsningsprocesser som utförs av bakterier i deras matsmältningssystem. Nämnda jäsning frigör 3 till 4 liter metangas i atmosfären dagligen för varje djur.

Endast med tanke på nötkreatur beräknas ett bidrag motsvarande 5% av växthusgaser.

- Kedjereaktion

Ökningen av den globala temperaturen som orsakar ökningen av växthusgaser inducerar en kedjereaktion. När temperaturen i haven ökar ökar frisättningen av koldioxid i atmosfären.

På samma sätt frigör polerna och permafrosten smältning av koldioxid som har fångats där. Även vid högre omgivningstemperaturer finns det en större förekomst av skogsbränder och mer CO2 släpps ut.

Växthusgaser

Vissa gaser som vattenånga och CO2 verkar i den naturliga processen av växthuseffekten. Den antropiska processen involverar å andra sidan andra gaser utöver CO2.

Globala trendkurvor för ansamling av olika växthusgaser. Källa: Gases_de_efecto_invernadero.png: DouglasGreenderivativt arbete: Ortisa (samtal) derivatarbete: Ortisa

Kyoto-protokollet överväger utsläpp av sex växthusgaser, inklusive koldioxid (CO2) och metan (CH4). Även kväveoxid (N20), hydrofluorkolväte (HFC), perfluorerat kolväte (PFC) och svavelhexafluorid (SF6).

Vattenånga

Vattenånga är en av de viktigaste växthusgaserna för sin förmåga att absorbera värme. Jämvikt genereras emellertid eftersom vatten i flytande och fast tillstånd reflekterar solenergi och kyler jorden.

Koldioxid (CO2)

Koldioxid är den viktigaste långlivade växthusgasen i atmosfären. Denna gas svarar för 82% av ökningen av växthuseffekten som har inträffat under de senaste decennierna.

2017 rapporterade Världs Meteorologiska Organisationen en global CO2-koncentration på 405,5 ppm. Detta motsvarar en ökning med 146% jämfört med de nivåer som beräknades före 1750 (preindustriell era).

Metan (CH

Metan är den näst viktigaste växthusgasen och bidrar med cirka 17% av uppvärmningen. 40% av metan produceras av naturliga källor, främst våtmarker, medan de återstående 60% genereras av mänskliga aktiviteter.

Bland dessa aktiviteter ingår idisslare, odling av ris, utnyttjande av fossilt bränsle och förbränning av biomassa. Under 2017 nådde atmosfärisk CH4 en koncentration på 1 859 ppm, vilket är 257% högre än den preindustriella nivån.

Kväveoxider (NOx)

NOx bidrar till förstörelse av stratosfäriskt ozon, vilket ökar mängden ultraviolett strålning som tränger igenom jorden. Dessa gaser kommer från den industriella produktionen av salpetersyra och adipinsyra samt från användning av gödselmedel.

År 2017 nådde dessa gaser en atmosfärisk koncentration på 329,9 ppm, vilket motsvarar 122% av den nivå som beräknades för den preindustriella eran.

Hydrofluorkolväten (HFC)

Dessa gaser används i olika industriella tillämpningar för att ersätta CFC: er. Men HFC: er påverkar också ozonskiktet och har en mycket hög aktiv beständighet i atmosfären.

Perfluorerat kolväte (PFC)

PFC: er produceras i förbränningsanläggningar för aluminiumsmältningsprocessen. Liksom HFC: er har de en hög permanentitet i atmosfären och påverkar integriteten hos det stratosfäriska ozonskiktet.

Svavelhexafluorid (SF6)

Denna gas har också en negativ effekt på ozonskiktet, liksom hög uthållighet i atmosfären. Det används i högspänningsutrustning och vid produktion av magnesium.

Klorfluorkolväten (CFC)

CFC är en kraftfull växthusgas som skadar stratosfärisk ozon och regleras enligt Montrealprotokollet. I vissa länder som Kina används det fortfarande i olika industriella processer.

Vad är växthuseffekten för levande varelser?

- Gränsvillkor

Livet som vi känner är inte möjligt över vissa temperaturnivåer. Endast vissa termofila bakterier kan bevara miljöer med temperaturer över 100 ° C.

Vital temperatur

I allmänhet varierar amplituden av temperaturvariation som tillåter det mesta av det aktiva livet från -18 ºC till 50 ºC. På samma sätt kan livsformer existera i ett latent tillstånd vid temperaturer på -200 ° C och 110 ° C.

De flesta djurarter och växter har ännu mer begränsade toleransintervall mot rumstemperatur.

- Den dynamiska temperaturen i temperaturen

Växthuseffekten är en positiv naturlig process för livet på planeten, eftersom den garanterar det viktiga temperaturområdet. Men detta är så länge den rätta balansen upprätthålls mellan solenergiingång och infraröd strålning.

Balansen

Balans är garanterat eftersom naturen producerar nästan lika många växthusgaser som den immobiliserar. Havet producerar cirka 300 gigaton CO2, men absorberar något mer.

På samma sätt producerar vegetationen cirka 440 gigaton CO2, samtidigt som den uppgår till cirka 450.

Konsekvenser av växthuseffekten på grund av föroreningar

Antropisk förorening bidrar med extra mängder växthusgaser, vilket bryter den naturliga dynamiska balansen. Även om dessa mängder är mycket mindre än de som genereras av naturen räcker de för att bryta denna balans.

Detta har allvarliga konsekvenser för planetens termiska balans och i sin tur för livet på jorden.

Global uppvärmning

Ökningen i koncentrationen av växthusgaser genererar en ökning av den globala medeltemperaturen. Faktum är att den genomsnittliga globala temperaturen beräknas ha stigit 1,1 ° C sedan den preindustriella eran.

Å andra sidan har det indikerats att perioden 2015 till 2019 har varit den hetaste rekord hittills.

Smältning av isen

Ökningen av temperaturen leder till smältning av polär is och glaciärer över hela världen. Detta innebär en ökning av havsnivån och förändring av de marina strömmarna.

Klimatförändring

Även om det inte finns någon fullständig överenskommelse om processen för klimatförändringar till följd av den globala uppvärmningen, är verkligheten att planetens klimat förändras. Detta bevisas bland annat i förändringar av marina strömmar, vindmönster och nederbörd.

Befolkningsobalanser

Förändringar av livsmiljöer på grund av temperaturökningen påverkar artens befolkning och biologiska beteende. I vissa fall finns det arter som ökar deras populationer och utvidgar deras utbredningsområde.

Men de arter som har mycket smala temperaturintervall för tillväxt och reproduktion kan minska deras populationer kraftigt.

Minskning av livsmedelsproduktionen

I många jordbruks- och boskapsområden ser produktionen minskad eftersom arten påverkas av temperaturökningen. Å andra sidan resulterar ekologiska förändringar i spridningen av jordbruksskador.

Folkhälsan

Vektorbärande sjukdomar

När planetens medeltemperatur ökar, utvidgar vissa sjukdomsvektordjur sina geografiska intervall. Således förekommer fall av tropiska sjukdomar utanför deras naturliga intervall.

Chock

Ökningen av temperaturen kan producera den så kallade termiska chocken eller värmeslag, vilket innebär extrem uttorkning. Denna situation kan orsaka allvarligt organsvikt, särskilt drabbar barn och äldre.

Förebyggande och lösningar

För att förhindra ökningen av växthuseffekten är det nödvändigt att minska utsläppen av de gaser som orsakar den. Detta kräver åtgärder som sträcker sig från allmänhetens medvetenhet, genom nationell och internationell lagstiftning, till tekniska förändringar.

Enligt den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) räcker det emellertid inte med att minska utsläppen. Dessutom är det nödvändigt att minska den nuvarande koncentrationen av växthusgaser i atmosfären för att stoppa den globala uppvärmningen.

I detta avseende är en lösning att öka vegetationsskyddet för att fixera atmosfärisk CO2. En annan är att implementera tekniska luftfiltreringssystem för att utvinna CO2 och fixera det i industriprodukter.

Hittills har ansträngningarna för att nå internationella avtal som Kyoto-protokollet inte uppfyllt sina mål. Å andra sidan är den tekniska utvecklingen för att utvinna atmosfärisk koldioxid endast på prototypnivå.

Förebyggande

För att förhindra ökad växthuseffekt är det nödvändigt att minska produktionen av växthusgaser. Detta innebär en rad åtgärder som inkluderar utveckling av medborgarnas samvete, lagstiftningsåtgärder och tekniska förändringar.

medvetenhet

Ett medborgare som är medvetna om problemet med den globala uppvärmningen som genereras av ökningen av växthuseffekten är grundläggande. På detta sätt tillhandahålls det nödvändiga sociala trycket så att regeringar och ekonomiska makter vidtar de åtgärder som krävs.

Juridiskt ramverk

Det huvudsakliga internationella avtalet för att ta itu med problemet med växthusgasproduktion är Kyoto-protokollet. Men hittills har detta rättsliga instrument inte varit effektivt för att minska graden av utsläpp av växthusgaser.

Några av de viktigaste industriländerna med högre utsläppsnivåer undertecknade inte förlängningen av protokollet för sin andra period. Därför är en striktare nationell och internationell rättslig ram nödvändig för att uppnå verklig effekt.

Teknologiska förändringar

Förnying av industriella processer krävs för att minska utsläppen av växthusgaser. På samma sätt är det nödvändigt att främja användningen av förnybara energier och minska användningen av fossila bränslen.

Å andra sidan är det viktigt att minska produktionen av förorenande avfall i allmänhet.

lösningar

Enligt experterna räcker det inte med att minska utsläppen av växthusgaser, det är också nödvändigt att minska de nuvarande koncentrationerna i atmosfären. För detta har olika alternativ föreslagits som kan använda mycket enkla eller sofistikerade tekniker.

Kol sjunker

För detta rekommenderas att öka täckningen av skogar och djunglar samt implementera strategier som gröna tak. Växter fixerar atmosfärisk koldioxid i sina växtstrukturer och utvinner den från atmosfären.

Koluttagspumpar

Fram till nu är extrahering av koldioxid från atmosfären dyrt ur energisynpunkt och har höga ekonomiska kostnader. Emellertid pågår forskning för att hitta effektiva sätt att filtrera luften och ta bort koldioxid.

Ett av dessa förslag är redan i pilotanläggningsfasen och håller på att utvecklas av universiteten i Calgary och Carnegie Mellon. Denna anläggning använder en lösning av kaliumhydroxid som en vattenfälla och kaustiskt kalcium, genom vilket luften filtreras.

I denna process behålls CO2 som finns i luften och bildar kalciumkarbonat (CaCO3). Därefter upphettas kalciumkarbonatet och koldioxiden frigörs och applicerar den resulterande renade koldioxiden för industriellt bruk.

Bibliografiska referenser

1. Bolin, B. och Doos, BR växthuseffekt.
2. Caballero, M., Lozano, S. och Ortega, B. (2007). Växthuseffekt, global uppvärmning och klimatförändringar: ett jordvetenskapligt perspektiv. University Digital Magazine.
3. Carmona, JC, Bolívar, DM och Giraldo, LA (2005). Metangas i boskapsproduktion och alternativ för att mäta dess utsläpp och minska dess påverkan på miljön och produktionen. Colombianska tidskriften för boskapsvetenskaper.
4. Elsom, DM (1992). Atmosfärisk förorening: ett globalt problem.
5. Martínez, J. och Fernández, A. (2004). Klimatförändringar: utsikt från Mexiko.
6. Schneider, SH (1989). Växthuseffekten: vetenskap och politik. Vetenskap.