1.6. A légköri üvegházhatás

A légköri üvegházhatás kifejezés arra a hasonlóságra utal, mely számos légköri gáz és a kertészetek melegházait lefedő üveglapok funkciója között van. A légkörben jelen lévő ún. üvegházhatású gázok a kertészetekben használt üveglapokhoz hasonlóan áteresztik a rövid hullámhosszú, Napból érkező elektromágneses sugárzást. A másik irányba pedig útját állják a Föld felől érkező, az infravörös (hőmérsékleti) tartományba eső földi sugárzásnak. Ettől meleg az üvegház, s ettől magasabb a Föld felszínközeli hőmérséklete 33 °C-kal (mint lenne e gázok légköri jelenléte nélkül).

A melegházban a Nap sugárzása átjutva az átlátszó üveglapon, részlegesen elnyelődik a felszínközeli tárgyakon, melyek azt hővé konvertálják, s így emelkedik a melegház belső hőmérséklete. A másik fontos melegítő hatás a termőtalajra lejutott, elnyelt, s a hosszúhullámú hőmérsékleti tartományban újból kisugárzott energiából származik: ez az energia alulról eljut az üveglaphoz, melyet az nem ereszt át, hanem visszasugároz a melegház belsejébe.

A légkör üvegházhatása

1.7. ábra. A légkör üvegházhatása

A vitathatatlan hasonlóságok ellenére a légköri folyamatok a fent ismertetett mintától jelentősen eltérő módon zajlanak le (1.7. ábra), a lényegi különbségeket az alábbiakban foglaljuk össze.

  1. A levegő- és felhőrészecskék a napsugárzás egy nagy hányadát elnyelik,

  2. a légkörön át a világűr irányába haladó földsugárzást bizonyos tartományban (az ún. „légköri ablak”-ban) nem nyelik el az üvegházgázok,

  3. a szabad légkörben a légtömegeket szállító szeleknek is nagy szerep jut,

  4. az üvegtáblán nem tud átjutni a felmelegedett levegő, a légkörben azonban nincs ilyen akadály (konvekció).

Sok szakember a fenti okok miatt tiltakozik a légköri üvegházhatás elnevezés használata ellen, mondván, több az eltérő, mint a hasonló elem. Ennek ellenére széles körben elterjedt ez a szóhasználat.

Az üvegházhatás mechanizmusának feltárása nem az elmúlt évtizedek érdeme, közel másfél évszázados múltra tekint vissza. A légkörrel foglalkozó tudósok már az 1860-as években felismerték a nyomgázok jelentős szerepét abban, hogy a Föld bolygó éghajlata ilyen kellemes. 1861-ben, az angol Philosophical Magazine hasábjain jelent meg az első cikk – John Tyndall tollából – mely a vízgőz légkört melegítő szerepével foglalkozik. Svante Arrhenius 1896-os tanulmánya pedig a kőszén elégetése révén megemelkedő szén-dioxid koncentráció várható légköri következményeit taglalja.

Az üvegházhatás leírásának egyik kulcsszava a szelektív abszorpció. Néhány légköri gáz – az ún. üvegházgázok – szelektíven elnyelők, azaz elnyelnek az infravörös hőmérsékleti tartományban, viszont áteresztenek az ultraibolya, s a látható fény tartományában. A legfontosabb üvegházgázok a vízgőz és a szén-dioxid. E két gáz légköri jelenléte együttesen 27,8 °C-kal (20,6 illetve 7,2 °C-kal) emeli a felszínközeli léghőmérsékletet. További üvegházgázok az ózon (mely főleg a sztratoszférában található meg nagyobb mennyiségben), a dinitrogén-oxid és a metán, melyek rendre mintegy 2,4 °C, 1,4 °C és 0,8 °C-kal járulnak hozzá a globális üvegházhatáshoz. Ezen gázok az infravörös tartományba eső energia elnyelése révén kinetikus energiához jutnak, melyet ütközésekkel megosztanak a többi (főként oxigén és nitrogén) molekulával. E folyamat révén megemelkedik az alsó légrétegek energiaszintje, mely a felszíni léghőmérséklet növekedéséhez vezet.

A hőmérsékleti sugárzási tartomány egy részén, a 8–11 m-es intervallumban sem a vízgőz, sem a szén-dioxid nem nyeli el, hanem átereszti a sugárzást. Ezt a tartományt nevezzük az ún. „légköri ablak”-nak (1.8. ábra), jelképesen utalva arra, hogy itt „kiszökhet” a hőenergia a légkörből az űrbe.

A Föld hosszúhullámú kisugárzásának hullámhossz szerinti eloszlása

1.8. ábra. A Föld hosszúhullámú kisugárzásának hullámhossz szerinti eloszlása. Jól láthatók a légköri üvegházhatás két legfontosabb elemének, a vízgőznek és a szén-dioxidnak a fontosabb elnyelési sávjai, melyeket a grafikonon szürkével jelöltünk.

Éjszakánként a felhők felerősíthetik az üvegházhatást: az apró vízcseppecskékből álló alacsonyszintű, nagy tömörségű, vastag felhők még a 8–11 μm-es intervallumban is képesek energiát elnyelni, így mintegy „becsukni a légköri ablakot”.

A természetes üvegházhatás összetett folyamatai révén egy finom, s nagyon sérülékeny egyensúly alakult ki a földi légkör sugárzási egyenlegében az elmúlt évmilliók során. Kérdés, hogy a XXI. század elején a Földet lakó emberiség képes-e megőrizni ezt az egyensúlyt. Csak a légköri folyamatok mechanizmusának mind jobb megismerése, megértése, s a felelősségteli önkorlátozó fogyasztás ad esélyt az ipari és gazdasági fejlődés jelenlegi üteme mellett arra, hogy az ember ne veszélyeztesse saját jövőbeni életterét.