Благодаря растущей озабоченности по поводу изменения климата (часто называемого «глобальным потеплением») и языку, который возник вокруг этой проблемы, вполне вероятно, что многие молодые люди слышали такие термины, как «парниковый эффект» и «парниковые газы», ​​чем внутри реальной теплицы или знать, что такое даже структура.

Ухоженная теплица - это спокойное и визуально приятное место для посещения или работы, хотя обстановка, возможно, слишком теплая и влажная для вкуса некоторых людей. Однако озабоченность по поводу парниковых газов и их влияния на климат Земли совсем не соблазнителен, а опасения по поводу глобального потепления с каждым годом становятся все более тревожными. Хотя настоящие теплицы не несут ответственности за эффект, который носит их название, основополагающие принципы делают интересным изучение некоторых основных физических принципов.

Как работает теплица?

Теплица названа так потому, что она предназначена для выращивания растений, и большинство растений зеленые, по крайней мере частично. Очевидно, у вас могут быть и растения в вашем доме, но теплицы построены так, чтобы максимизировать «комфорт» растений. По аналогии, вы можете играть в баскетбол на асфальтовой дороге, используя одно временное кольцо, но мало кто будет утверждать, что это так же полезно для улучшения вашей игры, как крытый корт с двумя корзинами на ровном полу.

Что делает теплицу особенной? В первую очередь это количество света, контролируемая температура и количество влаги, которое растения легко получают. Некоторые теплицы предназначены для «культур», которые не употребляются в пищу и используются только в декоративных целях или для особых случаев, таких как цветы. Другие показывают растения, которые дают пищевые продукты, такие как помидоры. Теплицы имеют стеклянные потолки, которые служат для пропуска большого количества света и удержания тепла внутри конструкции. Когда солнце садится, тепло рассеивается не так быстро, как на улице, что позволяет растениям, которые плохо переносят прохладные ночи, процветать.

С точки зрения физики, теплица - это то же самое, что согревает салон автомобиля в солнечный день. Коротковолновый инфракрасный свет проникает в структуру через стекло, и после того, как эти невидимые, но теплые лучи отражаются вокруг, они становятся более длинноволновой электромагнитной энергией и имеют тенденцию оставаться внутри, поглощаясь окружающей средой. Это окружение в теплице включает в себя покрытые листвой поверхности растений, которые используют солнечный свет для стимулирования фотосинтеза или создания глюкозы (пищи) для получения энергии.

Что такое парниковые газы?

Основными парниковыми газами являются углекислый газ, метан, водяной пар и закись азота. Эти молекулы газа более слабо связаны, чем большинство молекул, поэтому при попадании на них тепла они имеют тенденцию вибрировать. Эти вибрирующие молекулы выделяют тепло, большая часть которого затем поглощается соседними молекулами парниковых газов. Этот цикл держит воздух в окрестностях необычайно теплым.

Большая часть атмосферы состоит из азота, который составляет более трех четвертей атмосферы, и кислорода, который составляет около одной пятой. Оба эти газа включают два одинаковых атома (N2 и O2). Связи, удерживающие эти молекулы вместе, являются плотными и допускают небольшую вибрацию, поэтому они плохо сохраняют тепло и, следовательно, не вносят значительный вклад в парниковые эффекты.

Углекислый газ (CO2): молекулы углекислого газа составляют лишь небольшую часть атмосферы, но тем не менее они оказывают очень сильное влияние на климат. Примерно в середине 1850-х годов, до начала промышленной революции и сопутствующего сжигания угля, в атмосфере содержалось около 270 частей на миллион объема (ppmv) CO2. Этот уровень неуклонно повышался, поскольку при сжигании угля и других ископаемых видов топлива, таких как бензин, в атмосферу выбрасывалось больше газа. Уровень CO2 в атмосфере в настоящее время составляет около 400 (ppmv), что на 50 процентов больше.

Противники всей идеи антропогенного изменения климата могут указывать на тот факт, что CO2 составляет настолько малую долю атмосферы даже в эпоху тяжелой промышленности, что он не может оказать существенного влияния на климат. Это легко популяризируемая идея, поскольку она имеет определенное количество интуитивного смысла. Но также «имеет смысл», что крошечный уровень микроскопических бактерий в крови, весящий гораздо меньше миллиграмма, не может быть достаточным, чтобы вызвать серьезное заболевание, и что крошечные уровни змеиного яда не могут быть опасными или смертельными. Эти идеи просто бессмыслица, поэтому интуиция в науке может быть заведомо плохим руководством.

Метан (CH4): Метан является мощным парниковым газом, способным поглощать значительно больше тепла, молекулы за молекулу, чем углекислый газ. Состоящий из одного атома углерода, соединенного с четырьмя атомами водорода, CH4, как и CO2, содержится в незначительных количествах в атмосфере, но он может оказать значительное влияние на глобальное потепление. Газообразный метан выделяется домашним скотом, и, как самая простая молекула, которая считается углеводородом, он также используется в качестве топлива. При сжигании метана в атмосферу в качестве побочного продукта выделяется углекислый газ, что делает метан как прямым, так и косвенным фактором, способствующим парниковому эффекту.

Парниковый эффект с течением времени

Как уже отмечалось, даже если крошечные доли газов в атмосфере Земли квалифицируются как парниковые газы, они оказывают существенное влияние на климат, независимо от того, попали ли они в результате природных процессов или в результате деятельности человека. Когда-то в течение 21-го века, количество углекислого газа в атмосфере, вероятно, будет вдвое больше, чем это было в начале века. Уровни других парниковых газов, в основном метана и закиси азота, также растут. Количество парниковых газов увеличивается пропорционально количеству сжигаемого ископаемого топлива, которое выбрасывает в атмосферу не только парниковые газы, но и загрязнение воздуха. Парниковые газы попадают в атмосферу и из других источников. Скот выделяет газообразный метан в процессе переваривания пищи. Кроме того, казалось бы, доброкачественные процессы могут вносить нетривиальные количества CO2 в смесь. Например, поскольку цемент сделан из известняка, выделяется углекислый газ.

С большим количеством парниковых газов в атмосфере, создающих что-то вроде невидимого потолка (мало чем отличающегося от настоящей теплицы), тепло, проходящее вверх, с большей вероятностью будет остановлено, чем вообще покинет атмосферу, потому что дополнительные парниковые газы поглощают, а затем излучают Тепло как инфракрасное излучение. Часть тепла будет уходить от Земли, но часть будет поглощена соседними молекулами парниковых газов, а некоторые снова вернутся на поверхность Земли. Таким образом, благодаря различным механизмам, по мере накопления парниковых газов, планета продолжает нагреваться. Ледники отступают, лед на обоих полюсах Земли тает, океаны согреваются и становятся более кислыми, снежный покров во всем мире уменьшается, а катастрофические погодные явления, такие как ураганы, становятся более распространенным явлением.

Теплица на заднем дворе

Создание собственной теплицы - это не тривиальный проект, но с достаточными амбициями это не выходит за рамки возможностей страстного человека или группы. Если вы хотите защитить летние растения зимой, начать заниматься весенним озеленением растений или просто немного узнать о садоводстве в помещении, вы можете получить установку от нескольких сотен долларов США до нескольких тысяч.