Siltumnīcas efekts

ir aptuveni 15 grādi pēc Celsija,

patīkama, mājīga un silta mums, dzīvajām būtnēm.

Bet kas mūs uztur tik siltus?

Mana instinktīvā atbilde ir, ka tā ir saule, vai ne?

Bet patiesībā viss kļūst vēl interesantāk.

Mūsu atmosfērā ir gāzes, ko sauc par siltumnīcefekta gāzēm.

Tām nav nekā zaļa, saproti?

Nosaukums vienkārši ir iegājies.

Un tām ir kaut kas, ko sauc par siltumnīcas efektu

uz mūsu planētas.

Un izrādās, ja mums nebūtu šo gāzu,

tad pat ar tik spožu sauli,

temperatūra uz Zemes būtu bijusi krietni

zem nulles grādiem pēc Celsija.

Tāpēc līdz ar sauli mums jāpateicas siltumnīcefekta gāzēm,

jo tās ir tās, kas silda mūsu planētu.

Bet kā tās to dara?

Kas īsti ir siltumnīcas efekts? Noskaidrosim.

Sāksim ar pārdomām par to, kāda būtu mūsu temperatūra,

ja nebūtu ne atmosfēras, ne saules.

Tad uz Zemes būtu viszemākā temperatūra,

kādu varam iedomāties, ļoti tuvu absolūtajai nullei,

kas ir -273 grādi pēc Celsija.

Bet, ja tagad pieliekam sauli,

gaisma, kas spīd uz Zemes, tiek absorbēta,

gaismas enerģija

pārvēršas siltumenerģijā,

un Zeme sāk sasilt.

Bet vai tas nozīmē, ka tās temperatūra tagad turpinās celties

bezgalīgi, jo uz Zemes nepārtraukti spīd gaisma?

kas spīd uz Zemes?

Nē, jo katrs objekts,

kuram ir kaut kāda temperatūra, sāks izstarot gaismu.

Mēs to saucam par siltumstarojumu,

un tādā veidā tas sāk zaudēt enerģiju,

bet pie ļoti zemām temperatūrām

siltumstarojums nav liels.

Tātad Zeme sekundē nezaudē daudz enerģijas.

Tā joprojām iegūst daudz vairāk enerģijas sekundē,

kas nozīmē, ka tās temperatūra kādu laiku turpinās celties,

bet, temperatūrai paaugstinoties,

tā siltumstarojuma dēļ sāks zaudēt vēl vairāk enerģijas.

Jūs redzat, uz ko tas viss velk,

pie noteiktas temperatūras

Zemes siltumstarojums būs tik liels,

ka zaudētā enerģija

būs precīzi vienāda ar iegūto enerģiju,

un iestāsies siltuma līdzsvars,

temperatūra vairs necelsies.

Starp citu, tā būtu vidējā temperatūra,

jo puse, kas vērsta pret sauli, būtu daudz karstāka,

un no saules novērstā puse būtu daudz aukstāka,

Zeme griežas, tātad tā ir dinamiska sistēma,

bet vidēji šī temperatūra būtu ļoti,

ļoti zema bez atmosfēras.

Un, starp citu, nedomājiet, ka Zeme

izstaro tikai šajā pusē,

Zeme staro visos virzienos.

Tas ir tikai veids, kā to attēlot.

Bet tagad nonākam pie jautājuma,

kas notiek, ja pievienojam atmosfēru

kopā ar siltumnīcefekta gāzēm?

Ko tās dara?

Tām ir ļoti interesanta ietekme gan uz ienākošo,

gan izejošo gaismu.

Bet pirms ķeramies pie sīkumiem,

nedaudz vienkāršosim,

lai gūtu kopējo priekšstatu

par to, kas patiesībā notiek.

Pēc tam iedziļināsimies detaļās.

Galvenais, kas jāsaprot, ir tas,

ka siltumnīcefekta gāzes galvenokārt ir jutīgas

pret infrasarkano starojumu.

Ienākošā gaisma no saules

pārsvarā ir redzamā gaisma.

Tāpēc siltumnīcefekta gāzes

to gandrīz nemaz neietekmē,

tāpēc šeit nekas nemainās.

Taču gaisma, ko izstaro Zeme,

ir infrasarkanais starojums.

Kāpēc tā?

Tas ir tāpēc, ka siltumstarojums

ir atkarīgs tikai no temperatūras.

Pie ļoti zemām temperatūrām, kādas būtu šeit,

starojums būtu gandrīz tikai infrasarkanais.

Un tagad siltumnīcefekta gāzes,

tās absorbēs šo siltumstarojumu.

Un ko tās dara, kad absorbē?

Līdzīgi kā atoms, kas absorbē,

starojumu, tiek ierosināts

un pēc tam to atkārtoti izstaro, tieši tāpat

šīs siltumnīcefekta gāzes atkārtoti izstaros šo starojumu,

bet visos virzienos, tā ir galvenā ideja.

Daļa starojuma atgriezīsies kosmosā,

tāpat kā iepriekš, bet daļa starojuma

atgriezīsies uz Zemes.

Un rezultātā paskatieties, kas ir noticis.

Šī iemesla dēļ izejošais starojums tagad ir samazinājies,

rezultātā līdzsvars vairs nav.

Tagad Zeme un atmosfēra,

visa sistēma iegūst vairāk enerģijas, nekā zaudē,

un tā planētas temperatūra

sāks celties.

Bet vai tā atkal turpinās celties bezgalīgi?

Nē, tāpat kā iepriekš, temperatūrai paaugstinoties,

Zeme sāks izstarot vēl vairāk infrasarkanā starojuma,

un galu galā pie noteiktas temperatūras

izejošais starojums atkal

būs vienāds ar ienākošo starojumu sekundē,

un iestāsies jauns līdzsvars,

bet šis jaunais līdzsvars

būs pie daudz augstākas temperatūras,

un šī temperatūra ir tāda, kāda mums ir tagad.

Un tā siltumnīcefekta gāzes silda Zemi,

aizturot infrasarkano starojumu.

Tā tās izraisa globālo sasilšanu,

kas ir laba lieta,

jo mēs vēlamies, lai mūsu Zeme būtu silta.

Bet tagad lielais jautājums ir,

kas notiek, ja mēs pievienojam vēl vairāk siltumnīcefekta gāzu

cilvēka darbības dēļ?

Ko tas izraisīs?

Vai tas vēl būtiski ietekmē klimatu?

Lai atbildētu uz šo jautājumu,

mums ir jāiedziļinās detaļās.

Darīsim to.

Pāris detaļas, par kurām gribam parunāt, ir,

pirmkārt, kas patiesībā notiek ar ienākošo starojumu?

Kā tas mijiedarbojas ar atmosfēru?

Kāpēc siltumnīcefekta gāzes vispār absorbē infrasarkano starojumu

vispār?

Un visbeidzot, mēs mēģināsim saprast,

kas notiktu, ja mēs palielinātu

siltumnīcefekta gāzu daudzumu,

kā mēs to esam darījuši cilvēka darbības dēļ.

Mūsu pirmais pārlieku lielais vienkāršojums bija pieņēmums, ka gaisma,

visa gaisma, kas sasniedz Zemi, silda Zemi.

Bet tā nemaz nav taisnība,

jo liela daļa gaismas faktiski mijiedarbojas

ar atmosfēru.

Un, lai to labāk redzētu,

šeit ir saules gaismas spektrs,

mūsu atmosfēras augšpusē,

var redzēt, ka tas labi atbilst,

tas ir ļoti tuvu absolūti melna ķermeņa starojuma spektram,

par kuru mēs runājām kādā no mūsu iepriekšējiem video.

Tātad var redzēt, ka liela daļa gaismas

ir redzamajā apgabalā.

Daļa ir UV,

un daļa ir arī infrasarkanajā apgabalā.

Bet tagad apskatīsim gaismas spektru,

kas galu galā sasniedz zemi.

Gatavi? Aiziet.

Paskatieties, tas nav tas pats spektrs.

Liela daļa gaismas ir absorbēta.

Apskatīsim dažus no tiem.

Vispirms apskatīsim gaismu,

kas tiek absorbēta redzamajā apgabalā.

Kas to absorbē? Kur tā paliek?

Lielākā daļa gaismas patiesībā tiek izkliedēta

mūsu atmosfērā.

Un izkliedes dēļ

liela daļa gaismas atgriežas kosmosā,

un nesasniedz zemi.

Un daļa no šīs gaismas sasniedz zemi,

tāpēc mēs redzam debesis zilas.

Mēs redzam mākoņus baltus, tie arī izkliedē gaismu.

Tātad liela daļa gaismas faktiski tiek zaudēta izkliedes dēļ.

Otrkārt, mēs redzam, ka liela daļa gaismas

tiek absorbēta UV apgabalā.

Kas to dara? Jūs droši vien varat uzminēt.

Tas ir mūsu ozons.

Ozons absorbē daudz augstas frekvences, augstas enerģijas UV gaismas

un nodrošina, ka tā nesasniedz zemi, kas ir lieliski,

citādi mums tas būtu slikti.

Un tad arī infrasarkanajā apgabalā

var redzēt daudz krasu absorbciju.

Kas to izraisa? Tās visas ir siltumnīcefekta gāzes.

Mēs teicām, ka tās ir ļoti jutīgas

un absorbē infrasarkano starojumu.

Arī ienākošajai gaismai ir nedaudz infrasarkanā starojuma,

un tāpēc tās absorbē arī to.

Un paskatieties, liela daļa gaismas jau ir absorbēta,

un nav sasniegusi zemi.

Bet pat no tās ne visa gaisma sildīs Zemi,

jo daļa gaismas tiks atstarota atpakaļ kosmosā

no pašiem mākoņiem.

Un tāpēc mākoņus var redzēt no kosmosa.

Un tad no pārējās gaismas, kas sasniedz zemi,

atkal daļa gaismas tiks atstarota

no Zemes virsmas.

Virsma ir klāta ar ledu vai sniegu,

tie ir ļoti atstarojoši.

Mēs sakām, ka tās ir virsmas ar augstu albedo.

Tās neabsorbēs daudz gaismas,

tās vienkārši atstaros daudz gaismas atpakaļ kosmosā.

Labi, bet kā ar atlikušo gaismu,

kas krīt uz virsmām ar zemu albedo,

kuras ir mazāk atstarojošas?

Tur tā tiek absorbēta. Kas notiek tur?

Pat tur

ne visa tā tiek izmantota Zemes sildīšanai.

Daļa no tās, kas krīt uz ūdens, piemēram,

tiek izmantota ūdens iztvaicēšanai.

Un enerģiju aiznes iztvaikojošais ūdens.

Daļa, kas krīt uz zaļumiem, tiek fotosintezēta

un pārvērsta ķīmiskajā enerģijā.

Un visbeidzot, pārējā gaisma, kas sasniedz zemi,

kas nav absorbēta, nav atstarota, nav izkliedēta,

kas nav fotosintezēta,

kas nav izmantota iztvaikošanai,

tā beidzot ir tā gaismas daļa, kas silda Zemi.

Šī detaļa, kā mēs redzēsim, mums būs svarīga,

lai saprastu, kā var mainīties klimats.

Bet jebkurā gadījumā, Zemes temperatūras dēļ,

tā izdala siltumstarojumu.

Un pie šīs temperatūras

siltumstarojums galvenokārt ir infrasarkanajā apgabalā.

Un, ja nebūtu siltumnīcefekta gāzu,

tas būtu nonācis uz Zemes, atvainojos, nonācis kosmosā,

un Zeme būtu diezgan ātri atdzisusi.

Bet, tā kā mums ir siltumnīcefekta gāzes,

tās absorbē lielu daļu šī starojuma,

ne visu, atcerieties, tas viss ir atkarīgs no viļņa garuma,

daži viļņu garumi tomēr izkļūst atpakaļ kosmosā,

bet lielu daļu absorbēs siltumnīcefekta gāzes.

Un tad, kad tās to atkārtoti izstaro,

liela daļa no tā tiek novirzīta atpakaļ uz Zemi.

Un, kā mēs jau iepriekš apspriedām,

tas būtībā ir veids, kā siltumnīcefekta gāzes silda Zemi.

Bet tagad nāk lielais jautājums.

Kāpēc tās absorbē infrasarkano starojumu?

Kas tajās ir tik īpašs?

Patiesībā tajās nav nekā īpaša.

Vienkārši tāpēc, ka tās sastāv no dažādām saitēm,

un šīs saites var vibrēt,

šie atomi var svārstīties dažādos veidos.

Piemēram, šī ir ūdens molekula.

Šeit ir daži veidi, kā molekula var svārstīties,

tā var svārstīties, stiepjoties,

tā var svārstīties, stiepjoties šādi, asimetriski,

tā var arī svārstīties, kad saites liecas.

Un izrādās, ka svārstību frekvence

lielākajai daļai šo molekulu

atrodas infrasarkanajā apgabalā, tā vienkārši ir sanācis.

Un tādēļ, kad gaisma ar šo konkrēto frekvenci,

gaisma, kuras frekvence

ir vienāda ar svārstību frekvenci,

nokļūst uz tām, tās to absorbēs un sāks svārstīties,

un galu galā atbrīvos šo starojumu.

Bet pagaidiet, pagaidiet.

Kā ar skābekļa un slāpekļa molekulām?

Arī tām vajadzētu spēt svārstīties, vai ne?

Bet kāpēc infrasarkanais starojums neliek tām svārstīties?

Ā, lūk, kāda lieta.

Visi elektromagnētiskie viļņi sastāv no elektriskā

un magnētiskā lauka.

Un, ja vēlaties mijiedarboties ar šiem laukiem,

jums ir nepieciešami kaut kādi lādiņi.

Bet kur tad ir lādiņi?

Tās visas ir neitrālas molekulas, vai ne?

Jā, bet tā kā siltumnīcefekta gāzes ir,

šīs molekulas ir veidotas no atomiem,

dažādiem saistītiem atomiem,

elektroni starp tiem nav sadalīti vienmērīgi.

Un rezultātā tām būs zināma lādiņu atdalīšanās.

Piemēram, ja runājam par ūdeni,

skābeklis pievelk elektronus,

kopīgos elektronus vairāk pie sevis

salīdzinājumā ar ūdeņradi,

un tāpēc tām ir,

skābekļa pusei būs neliels negatīvs lādiņš

salīdzinājumā ar ūdeņradi.

Mēs šādas molekulas saucam par dipoliem.

Dažos gadījumos, piemēram, ūdens molekulā,

tas ir pastāvīgs efekts.

Savukārt citos gadījumos, piemēram, metāna

vai oglekļa dioksīda molekulās, efekts ir īslaicīgs

un parādās tikai svārstību laikā.

Bet galvenais ir tas,

ka lādiņu atdalīšanās dēļ tās var mijiedarboties,

elektriskie lauki var mijiedarboties ar šīm molekulām,

un tāpēc tās var absorbēt infrasarkano starojumu.

Bet skābekļa un slāpekļa molekulas

sastāv no vienādiem atomiem.

Tāpēc elektroni tiek dalīti

starp tiem pilnīgi simetriski,

un tāpēc tām nebūs lādiņu atdalīšanās,

pat tad, kad tās svārstās,

un tāpēc tās nespēs

absorbēt infrasarkano starojumu,

un tas vienkārši iziet cauri.

Tāpēc 99% mūsu atmosfēras

neizraisa siltumnīcas efektu.

Un tas, kas man tagad šķiet aizraujoši, ir tas, ka tas nozīmē,

ka tāpēc, ka dažas molekulas mūsu atmosfērā,

mazāk nekā 1% molekulu,

jo tās asimetriski dala elektronus

starp atomiem,

beigu beigās ir atbildīgas par globālo sasilšanu.

Tas ir neticami, ja par to padomā. Ak, mans Dievs.

Bet tā tas ir, vai ne? Viss reducējas uz šo.

Tas beidzot noved pie jautājuma,

kas notiktu, ja mēs pievienotu vēl vairāk siltumnīcefekta gāzu?

Tas nemaz nav hipotētisks scenārijs.

Kopš industrializācijas,

ir pierādījumi,

ka siltumnīcefekta gāzu koncentrācija ir palielinājusies.

Kāda tam ir ietekme?

Sākumā atbilde šķiet diezgan acīmredzama.

Ja ir vairāk siltumnīcefekta gāzu,

būs lielāka absorbcija,

un rezultātā Zeme sasils vēl vairāk.

Bet jautājums ir, cik daudz?

Un lai dotu jums nelielu ieskatu,

cik sarežģīta ir šī sistēma

un cik daudz mainīgo ir iesaistīti,

padomājiet par šo.

Pieņemsim, ka Zeme nedaudz sasilst,

bet šīs nelielās sasilšanas rezultātā,

kas radusies, tieši pievienojot vairāk siltumnīcefekta gāzu,

daļa ledus var izkust,

kas var samazināt augsta albedo virsmu, kas mums ir,

un tas tagad varētu palielināt

saules gaismas daudzumu, ko mēs absorbējam,

vēl vairāk paaugstinot Zemes temperatūru.

Tas varētu arī palielināt iztvaikošanas apjomu,

palielinot ūdens molekulu daudzumu,

vēl vairāk palielinot siltumnīcefekta gāzu daudzumu,

kas vēl vairāk sildīs Zemi.

Un tagad var rasties nekontrolējams efekts.

Redzat, par ko es runāju?

Nekontrolējamais efekts var ne tikai dramatiski palielināt

planētas temperatūru,

bet tas var arī dramatiski mainīt klimatu.

Tas var dramatiski mainīt jūsu ekosistēmu,

kas varētu būt katastrofāli.

Lielais jautājums būtu,

pie kādiem koncentrācijas līmeņiem šie nekontrolējamie efekti

sāks darboties?

Un es nedomāju, ka mums vajadzētu mēģināt to noskaidrot smagā ceļā.

Protams, no vienas puses, mums vajadzētu mēģināt

un veikt tik daudz teorētisku aprēķinu, cik vien varam.

Bet, no otras puses, profilakse ir labākās zāles.

Un tāpēc mums vajadzētu mēģināt

un novērst to, cik vien iespējams,

un tāpēc mēs runājam par mūsu oglekļa pēdas samazināšanu.

Daži veidi, kā to izdarīt, varētu būt lēna pāreja

no fosilā kurināmā dedzināšanas uz, piemēram, saules enerģijas izmantošanu,

vēja enerģiju un, protams, kodolenerģijas izmantošanu.

Citi veidi varētu būt mūsu transporta

un citu procesu padarīšana efektīvākus.

Protams, ir ļoti daudz izaicinājumu - ekonomisku,

tehnoloģisku, pat politisku.

Un es nedomāju, ka mēs varam atrisināt šo problēmu,

vienkārši esot ekstrēmistiem.

Mums ir jābūt gudriem šajā jautājumā.

Mums ir nepieciešamas kritiskas debates par to,

jo galu galā

mēs runājam par mūsu sugas nākotni.