Efeito estufa

A representação das trocas de energia entre a fonte (o Sol ), a superfície da Terra, a atmosfera da Terra , ea pia final espaço sideral. A capacidade da atmosfera para capturar e reciclar energia emitida pela superfície da Terra é a característica que define o efeito de estufa.

O efeito estufa é um processo pelo qual a radiação térmica a partir de uma superfície planetária é absorvida pela atmosfera gases de efeito estufa , e é re-irradiada em todas as direções. Uma vez que esta parte da re-radiação é de volta para a superfície, a energia é transferida para a superfície inferior e a atmosfera. Como resultado, a temperatura não é maior do que seria se o aquecimento directo por radiação solar fosse o único mecanismo de aquecimento.

Este mecanismo é fundamentalmente diferente da de um real com efeito de estufa, que funciona ao isolar o ar quente no interior da estrutura para que o calor não é perdido por convecção.

O efeito de estufa foi descoberto pela Joseph Fourier em 1824, começou a testar de forma confiável em pelo John Tyndall em 1858, e relatada pela primeira vez quantitativamente por Svante Arrhenius em 1896.

Se um ideal termicamente condutora corpo negro era a mesma distância do Sol do que a Terra é, ele teria uma temperatura de cerca de 5,3 ° C. No entanto, uma vez que a terra reflecte cerca de 30% (ou 28%) da luz solar que entra, o planeta de temperatura eficaz (a temperatura de um corpo negro que emitem a mesma quantidade de radiação) é de cerca de -18 ou -19 ° C, cerca de 33 ° C abaixo da temperatura de superfície real de cerca de 14 ° C ou 15 ° C. O mecanismo que produz esta diferença entre a temperatura da superfície efectiva e a temperatura é eficaz devido à atmosfera e é conhecido como o efeito de estufa.

O aquecimento global , a recente aquecimento da superfície da Terra e baixa atmosfera, acredita-se ser o resultado de um reforço do efeito estufa, principalmente devido a aumentos humanos produzidos em gases de efeito estufa na atmosfera.

Mecanismo básica

A Terra recebe energia do Sol sob a forma de luz visível. Esta luz é absorvida na superfície da Terra, e re-irradiada como radiação térmica. Alguma desta radiação térmica é absorvida pela atmosfera, e re-irradiada tanto para cima e para baixo; que irradiava para baixo é absorvida pela superfície da Terra. Assim, a presença dos resultados atmosfera na superfície de recepção de radiação mais do que se estivesse ausente a atmosfera; e é, assim, mais quente do que seria de outra maneira.

A imagem altamente simplificada do mecanismo básico precisa ser qualificado em uma série de maneiras, nenhuma das quais afetam o processo fundamental.

A radiação solar espectro para a luz direta, tanto a parte superior da atmosfera da Terra e ao nível do mar

• A radiação recebida da Sun é principalmente na forma de luz e nas proximidades comprimentos de onda visíveis, principalmente na faixa de 0,2-4 mm, correspondendo a temperatura radiativa do Sol de 6000 K. Quase metade a radiação é na forma de luz "visível" , que os nossos olhos são adaptados para usar.
• Cerca de 50% da energia do sol é absorvida na superfície da Terra eo restante é refletida ou absorvida pela atmosfera. O reflexo da luz de volta para o espaço, em grande parte por nuvens-não afeta muito o mecanismo básico; esta luz, de forma eficaz, é perdido para o sistema.
• A energia absorvida aquece a superfície. Apresentações simples do efeito de estufa, como o modelo de efeito estufa idealizada, mostrar esse calor que está sendo perdida como radiação térmica. A realidade é mais complexa: o ambiente perto da superfície é, em grande medida opaca à radiação térmica (com excepções importantes para a "janela" bandas), e mais a perda de calor a partir da superfície é por calor sensível e transporte de calor latente. As perdas de energia radiativa se tornar cada vez mais importante na atmosfera superior, em grande parte devido à concentração decrescente de vapor de água, um importante gás de efeito estufa. É mais realista pensar do efeito estufa como sendo aplicável a uma "superfície" em meados da década troposfera, o qual é acoplado de forma eficaz para a superfície por um taxa de lapso.
• Dentro da região onde os efeitos radiativos são importantes a descrição dada pela estufa modelo idealizado torna realista: A superfície da Terra, aquecida a uma temperatura em torno de 255 K, irradia longo comprimento de onda, calor infravermelho no intervalo 4-100 um. Nestes comprimentos de onda, gases de efeito estufa que foram em grande parte transparente à radiação solar incidente são mais absorventes. Cada camada de atmosfera com gases de efeito estufa absorve parte do calor que está sendo irradiada para cima de camadas inferiores. Para manter seu próprio equilíbrio, ele re-irradia o calor absorvido em todas as direções, tanto para cima como para baixo. Isso resulta em mais calor abaixo, enquanto ainda irradiando calor suficiente para o espaço profundo das camadas superiores para manter global o equilíbrio térmico. O aumento da concentração de gases aumenta a quantidade de absorção e re-radiação, e assim, mais aquece as camadas e, finalmente, a superfície abaixo.
• Gases com efeito de estufa, incluindo a maioria dos gases diatómicas com dois átomos diferentes (tais como o monóxido de carbono, CO) e todos os gases com três ou mais átomos de-são capazes de absorver e emitir radiação infravermelha. Apesar de mais de 99% da atmosfera seca é transparente IR (porque os principais constituintes _N-2, O _2, e não ar-são capazes de absorver directamente ou emitem radiação infravermelha), colisões intermoleculares causar a energia absorvida e emitida pela estufa gases para ser compartilhado com os outros, não-IR-ativos, gases.
• A imagem simples assume equilíbrio. No mundo real, há o ciclo diurno, bem como ciclos sazonais e tempo. Aquecimento solar só se aplica durante o dia. Durante a noite, a atmosfera arrefece ligeiramente, mas não significativamente, porque a sua emissividade é baixa, e durante o dia, aquece a atmosfera. Mudanças de temperatura diurna diminuir com a altura na atmosfera.

Gases de efeito estufa

Por sua contribuição percentual para o efeito estufa na Terra os quatro gases principais são:

• vapor de água , 36-70%
• dióxido de carbono , 9-26%
• metano , 4-9%
• ozono , 3-7%

O maior contribuinte não-gás para o efeito estufa da Terra, nuvens, também absorvem e emitem radiação infravermelha e, assim, tem um efeito sobre as propriedades radiante da atmosfera.

Papel na mudança climática

O Curva de Keeling CO ₂ atmosférico concentrações medida a Mauna Loa Observatory.

Fortalecimento do efeito estufa através de atividades humanas é conhecido como o avançado (ou antropogénica) efeito de estufa. Este aumento de forçamento radiativo da atividade humana é atribuível principalmente ao aumento dos níveis de dióxido de carbono atmosférico.

CO ₂ é produzido pela queima de combustíveis fósseis e outras atividades, como a produção de cimento e desmatamento tropical. As medições de CO ₂ da mostra Observatório Mauna Loa que as concentrações aumentaram de cerca de 313 ppm em 1960 para cerca de 389 ppm em 2010. A quantidade observada atual de CO ₂ exceder os máximos recorde geológico (~ 300 ppm) a partir de dados do núcleo do gelo. O efeito produzido em combustão dióxido de carbono sobre o clima global, um caso especial do efeito estufa descrita pela primeira vez em 1896 por Svante Arrhenius, também tem sido chamado de Callendar efeito.

Porque é um gás de efeito estufa, elevado níveis de CO ₂ contribuir para adicional e absorção emissão de infravermelho na atmosfera térmica, que produzem o aquecimento net. De acordo com o mais recente Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre as Alterações Climáticas ", a maior parte do aumento observado nas temperaturas médias globais desde meados do século 20 é provavelmente devido ao aumento observado nas concentrações antropogênicas de gases de estufa".

Ao longo dos últimos 800 mil anos, dados núcleo de gelo demonstra inequivocamente que o dióxido de carbono tem variado de valores tão baixos quanto 180 partes por milhão (ppm) para o nível pré-industrial de 270ppm. Paleoclimatologists considerar variações de dióxido de carbono a ser um factor fundamental no controle variações climáticas ao longo deste intervalo de tempo.

Estufas reais

Um moderno Estufa em RHS Wisley

O "efeito estufa" é nomeado por analogia com estufas. O efeito de estufa e um verdadeiro efeito de estufa são semelhantes na medida em que ambos limitar a taxa de energia térmica que flui para fora do sistema, mas os mecanismos pelos quais o calor é retido são diferentes. A estufa funciona basicamente impedindo calor absorvido de deixar a estrutura através de convecção, ou seja transporte de calor sensível. O efeito estufa aquece a terra, porque gases de efeito estufa absorvem energia radiativa de saída e re-emitem uma parte de volta para a terra.

Uma estufa é construído de qualquer material que passa a luz solar, geralmente de vidro, ou plástico. Aquece-se principalmente porque o sol aquece o solo para dentro, que, em seguida, aquece o ar na estufa. O ar continua a aquecer porque está confinado dentro da estufa, ao contrário do ambiente fora da estufa, onde o ar quente junto à superfície aumenta e se mistura com o ar mais frio no ar. Isto pode ser demonstrado através da abertura de uma janela pequena perto do telhado de uma estufa: a temperatura irá cair consideravelmente. Também tem sido demonstrado experimentalmente ( RW Wood, 1909) que um "efeito de estufa", com uma cobertura de sal-gema (que é transparente à infra vermelho) esquenta um recinto semelhante a um com uma tampa de vidro. Assim estufas funcionam basicamente impedindo resfriamento de convecção.

No efeito de estufa, em vez de retenção de calor (sensível), impedindo fisicamente o movimento do ar, gases de efeito estufa agir para aquecer a terra por re-irradiando uma parte da energia de volta para a superfície. Este processo pode existir em estufas reais, mas é relativamente sem importância lá.

Outros do que a Terra Corpos

Em nosso sistema solar, Marte , Vênus ea Lua Titan também apresentam efeitos de estufa. Titan tem um efeito anti-efeito de estufa, em que a atmosfera absorve a radiação solar, mas é relativamente transparente à radiação infravermelha. Plutão também exibe um comportamento superficialmente semelhante ao efeito anti-estufa.

A efeito estufa ocorre se feedbacks positivos levar à evaporação de todos os gases de efeito estufa para a atmosfera. Um efeito estufa envolvendo o dióxido de carbono eo vapor de água é pensado para ter ocorrido em Venus .

Literatura

• Earth Radiation Budget, http://marine.rutgers.edu/mrs/education/class/yuri/erb.html
• Businger, Joost Alois; Fleagle, Robert Guthrie (1980). Uma introdução à física atmosférica. Série internacional geofísica (2ª ed.). San Diego: Academic. ISBN 0-12-260355-9.
• Relatórios de avaliação do IPCC, consulte http://www.ipcc.ch/
• Henderson-Sellers, Ann; McGuffie, Kendal (2005). Uma cartilha modelagem climática (3ª ed.). New York: Wiley. ISBN 0-470-85750-1. "Efeito estufa:. O efeito da atmosfera na re-reradiating longwave radiação de volta para a superfície da Terra Não tem nada a ver com estufas, que armadilha de ar quente na superfície."
• Idso, SB (1982) Dióxido de carbono:. Amigo ou inimigo? : Um inquérito sobre as conseqüências climáticas e agrícolas do rápido aumento teor de _CO2 da atmosfera da Terra. Tempe, AZ: IBR Press. OCLC 63236418. "... a fraseologia é um pouco em apropriado, visto que o CO ₂ não aquecer o planeta de um modo análogo ao modo pelo qual uma estufa quente mantém o seu interior"
• Kiehl, JT, Trenberth, K. (1997). "Média orçamento anual global de energia da Terra". Boletim da Sociedade Meteorológica americana 78 (2): 197-208. doi: 10,1175 / 1520-0477 (1997) 078 <0197: EAGMEB> 2.0.CO; 2.