• Registrace
  • Přihlášení
  • Katalog pro učitele
  • Zeptejte se přírodovědců
  • Razítková samoobsluha
  • Pro média


   Ztráta hesla

košík je prázdný
 
Zobrazit košík
Celkem Kč
0,-
  • Kalendář akcí
  • Magazín
  • Video
  • Fotogalerie
  • Ke stažení
  • E-shop
  • Úvod
  • O magazínu
  • Distribuční místa
  • Inzerce
Nacházíte se na: Úvod Magazín Kdo přitápí v atmosféře?

Kdo přitápí v atmosféře?

29.03.2013 - Magazín Tisknout
1x
  • Tweet


Abychom pochopili podnebí, musíme rozumět vlastnostem molekul

 

Pojem „globální oteplování“ je dnes jedním z nejčastěji zmiňovaných termínů nejen na poli vědy, ale také v médiích a v politických debatách.

Rádi bychom v tomto ohledu připomněli, že ono oteplování je pouze součástí komplikovaného souboru procesů, které se označují jako globální změna klimatu. Zdůrazňujeme to proto, že oba pojmy se často zaměňují. Tak či onak, předpokládá se, že velkou roli v této globální změně klimatu hrají takzvané skleníkové plyny, způsobující stejnojmenný (skleníkový) efekt. Proč jsou vlastně tyto plyny „skleníkové“ a jak fungují? Pojďme se na ně podívat blíže.

 

Slunce, záření, teplo

Skleníkový efekt je souborem poměrně složitých fyzikálně-chemických jevů. Zjednodušeně jej můžeme popsat následovně: Přicházející sluneční záření je složeno z fotonů s různou vlnovou délkou, a tedy i různou energií. Obsahuje hlavně vysoce energetickou ultrafialovou složku (vlnová délka 200–400 nm, přičemž 1 nanometr je 10−9 metru) a středně energetickou viditelnou složku (vlnová délka 400–800 nm). Záření ze Slunce prochází atmosférou a je pohlcováno (absorbováno) povrchem Země.

Absorpce záření je doprovázena vybuzením (excitací) elektronů v atomech a molekulách, které tvoří zemský povrch. Při absorpci i při následné takzvané relaxaci těchto vybuzených elektronů dochází mimo jiné ke zrychlení pohybů molekul. Týká se to jejich přesunů prostorem i jejich vnitřních pohybů – kmitů (vibrací) a otáčení (rotací). Projevem zrychleného pohybu molekul není nic jiného než teplo, povrch Země se tedy zahřívá.

Asi každý si všiml, když sáhl na nějaký předmět vystavený slunečnímu svitu, že objekty různých barev jsou různě teplé. Bílé předměty, pohlcující jen málo světla, jsou nejchladnější. Barevné předměty, které absorbují světlo pouze vybraných vlnových délek, jsou o poznání teplejší. A černé objekty jsou po chvíli pobytu na slunci vysloveně horké. Pohlcují totiž všechny vlnové délky viditelného světla, proto se zahřívají nejúčinněji.

 

Jak ohřát vzduch

Každé zahřáté těleso vyzařuje infračervené o vlnové délce 800–4000 nm. Jeho velká část však nepronikne atmosférou zpátky do vesmíru, protože je pohlcena některými plyny přítomnými ve vzduchu. Infračervené záření má totiž energii vhodnou ke zrychlení vnitřních pohybů molekul, typicky vibrací. Energie záření je tak přeměněna na teplo a atmosféra se ohřívá.

Co jsou vlastně ony zmíněné vibrace? Chemické vazby spojující atomy v molekulách nejsou ve skutečnosti pevné tyčinky, jaké známe ze školních modelů. Vazba dovoluje určitý omezený pohyb atomů okolo ní – prodlužuje se a zkracuje, popřípadě se mění úhel svíraný dvěma vazbami. Zjednodušeně si můžeme vazby představovat jako pérující a ohebné „pružinky“.

Plyny, které infračervené záření ze Země účinně pohlcují a přeměňují na teplo, se nazývají skleníkové. Jde zejména o vodní páru (tvoří asi 1–2 % objemu atmosféry), oxid uhličitý (necelých 0,04 %), methan, oxidy dusíku, freony a ozon.

Proč zrovna tyto plyny jsou skleníkové, zatímco hlavní složky suchého vzduchu – dusík (78 %), kyslík (21 %) a argon (1 %) se za ně nepovažují? Podstatné je, že skleníkové plyny mají molekuly s elektrickým dipólem, tedy nerovnoměrně rozloženým elektrickým nábojem. Infračervený foton může být absorbován, jen pokud interaguje s takovýmto dipólem. Argon je jednoatomový plyn a molekuly kyslíku a dusíku dipóly nemají – proto nemohou pohlcovat infračervené záření.

Ve chvíli, kdy dojde k absorpci, začnou molekuly skleníkových plynů vibrovat a otáčet se podstatně rychleji. Narážejí při tom do okolních molekul, hlavně do kyslíku a dusíku, kterých je ve vzduchu nejvíce. Těmito nárazy se i tyto molekuly urychlují, čímž roste teplota plynu.

alt: Molekuly skleníkových plynů pohlcují infračervené záření, což zrychluje jejich vibrační pohyby. Získanou energii pak předávají ostatním molekulám ve vzduchu. Výsledkem je oteplování atmosféry. Ilustrace Karel Cettl.

 

Všechny plyny nejsou stejné

Jednotlivé skleníkové plyny se liší svou účinností. Abychom ji mohli porovnat, byl zaveden pojem „potenciál globálního oteplování“ (GWP, z anglického Global Warming Potential). Různé látky srovnáváme s oxidem uhličitým coby nejtypičtějším zástupcem skleníkových plynů, který slouží jako jakási měrná jednotka.

Hodnota GWP souvisí do určité míry se složitostí molekuly – čím je složitější, tím více vibračních pohybů může provádět. Oproti oxidu uhličitému se dvěma vazbami má třeba methan čtyři vazby, které se během vibrací mohou zkracovat a prodlužovat, a navíc se mohou měnit úhly mezi nimi. Více možných pohybů znamená více šancí absorbovat tepelné záření i více příležitostí, jak energii předat do okolí. Výsledkem je pak vyšší „skleníková“ účinnost.

Složitost molekuly ovšem není jediným faktorem, který zde hraje roli. Záleží také na tom, jak účinně je infračervené záření danou molekulou absorbováno (čemuž se říká intenzita absorpce) a jaké konkrétní vlnové délky jsou pohlcovány. Množství pohlceného záření lze u jednotlivých plynů celkem snadno určit. Protože však skleníkové plyny nejsou neomezeně stálé a v atmosféře se rozkládají (některé rychle, jiné pomalu), vztahuje se hodnota GWP ke zvolenému časovému úseku, například 100 let. Tím se vyjadřuje, kolikrát více tepelné energie zadrží za tuto dobu vybraný plyn v porovnání se stejným počátečním množstvím oxidu uhličitého.

Například methan má asi 25× vyšší GWP než oxid uhličitý. Můžeme tedy říci, že otepluje atmosféru asi 25× účinněji. Freony, vypouštěné do vzduchu výhradně lidmi, jsou dokonce 6000–9000× účinnější než oxid uhličitý. Nejsou tedy zodpovědné jen za známé problémy s ozónovou vrstvou, ale přispívají i ke změnám klimatu. Je zřejmé, že nezodpovědné vypouštění látek, o nichž nic nevíme (což byl případ freonů), není nejlepší nápad.

 

Někdy přítel, jindy hrozba

Přítomnost některých skleníkových plynů v atmosféře (zvláště vodní páry) však není nic nepřirozeného. Přestože je těchto plynů ve vzduchu málo, mají značný vliv na ohřívání planety a není to z principu špatně. Kdyby totiž skleníkový efekt neexistoval, třásli bychom se na Zemi zimou při teplotách okolo –18 °C. Ani tropické oblasti kolem rovníku by se patrně neohřály nad bod mrazu. Díky skleníkovému efektu je ale průměrná teplota Země asi +15 °C. Tento jev tedy představuje spíše základní podmínku života než něco, čeho bychom se měli pouze bát.

I malé změny koncentrace uvedených plynů ovšem mohou výrazně ovlivnit teplotu atmosféry. Všechny meteorologické jevy – vítr, mraky, déšť, sníh, bouřky a další – jsou přitom závislé na pohybu vzduchu, který proudí mezi místy s rozdílnou teplotou. Drobné výchylky v obvyklých teplotách mohou proto zcela otočit směr větru, což může mít za následek místní i globální změny klimatu a podmínek pro život. Jaký je v tomto ohledu vliv člověka je však předmětem neutuchajících vědeckých diskusí.

 

Autor

Petr Šmejkal, Jan Kotek

1x
  • Tweet

Přečtěte si také

Běh pro tygry v okolí Albertova

07.05.2025 Aktuality

Chcete se pobavit, plnit zajímavé úkoly a ještě pomoci dobré věci? Přijďte na benefiční běh pro tygry, který pořádá Centrum environmentálních forenzních věd spolu s Botanickou zahradou PřF UK a spolkem Altaica.

1x Aktuality

Velká výstava bezobratlých 2025

06.06.2025 - 15.06.2025 Kalendář akcí

Oslavte s námi pestrost naší přírody a prozkoumejte zblízka fascinující svět bezobratlých živočichů.

11x Kalendář akcí

+ Načíst další

Pro vstup do placené sekce se prosím přihlašte

Ztráta hesla

Nejste ještě zaregistrovaní? Neváhejte a získejte mnoho výhod!

Registrace

Objednat předplatné

Objednejte si předplatné a získejte vstup ke studni vědomostí

Objednat

Jak to funguje?

1) Zaregistrujte se
2) Objednáte předplatné
3) Přihlásíte se a můžete číst

Aktuální číslo

Přírodovědci 01/2025 Buňky

Přírodovědci 01/2025 Buňky

Editorial Tiráž Obsah čísla

Předchozí čísla

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2024

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2024

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2024

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2024

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2023

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2023

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2023

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2023

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2022

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2022

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2022

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2022

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2021

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2021

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2021

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2020

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2020

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2020

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2020

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2019

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2019

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2019

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2019

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2018

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2018

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2018

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2018

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2017

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2017

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2017

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2017

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2016

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2016

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2016

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2016

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2015

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2015

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2015

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2015

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2014

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2014

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2014

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2014

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 4/2013

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 3/2013

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 2/2013

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2013

Magazín Přírodovědci.cz,
číslo 1/2012

Přírodovědci

  • O projektu
  • Naši partneři
  • Razítková samoobsluha
  • Autoři
  • Vědci
  • Zeptejte se přírodovědců
  • FAQ
  • Výhody registrace

Učitelé

  • Registrace
  • Nabídka služeb

E-shop

  • Registrace
  • Otevírací doba
  • Vše o nákupu
  • Reklamační řád

Kontakt

Všechny kontakty
Pro média
Copyright © 2013, Prirodovedci.cz jsou komunikačním projektem Přírodovědecké fakulty UK v Praze. Vytvořilo Andweb s.r.o. Mapa stránek