Efectul de sera

Efectul de sera

Obiectivele Experimentului:

• Intelegerea principiilor fizice ale efectului de sera.
• Compararea efectului de sera al diferitelor gaze pe baza proprietatilor lor de absorbtie.
• Intelegerea principiilor absorbtiei infrarosii (IR) din punct de vedere al chimiei cuantice.

Principii:

Efectul de sera a fost descoperit in 1824 de catre Joseph Fourier. El a observat ca Pamantul era mai cald decat ar trebui sa fie in conformitate cu legile radiatiei cunoscute la acea vreme. Fourier a atribuit aceasta observatie faptului ca atmosfera Pamantului este transparenta la lumina vizibila, dar in mare parte opaca la radiatia infrarosie. Acest lucru duce, in opinia sa, la stocarea caldurii la nivelul solului. Inca din acele timpuri, el a indicat posibilitatea influentei umane asupra climei Pamantului. Ulterior, in 1862, John Tyndall a identificat vaporii de apa si CO2 ca gazele responsabile in principal pentru efectul de sera. Primele calculatii cantitative ale efectului de sera al CO2 au fost efectuate in 1896 de catre Svante Arrhenius. In ciuda acestor descoperiri, inca nu se vedea emisiile de CO2 din cauza activitatilor umane ca pe o problema. In schimb, el spera la conditii climatice mai bune si randamente mai mari la recolte.

Charles D. Keeling a inceput cercetari sistematice privind efectul de sera antropogenic in 1958. Prin intermediul lui Keeling, au fost infiintate numeroase statii pentru monitorizarea concentratiei de dioxid de carbon in atmosfera. Curba Keeling masoara cresterea progresiva a concentratiei de CO2 incepand din 1958. Keeling a demonstrat ca concentratia de CO2 in atmosfera este crescuta prin activitatile umane.

Consecintele negative ale unui posibil incalzire globala cauzata de emisiile de gaze cu efect de sera nu au fost recunoscute pana in a doua jumatate a secolului al XX-lea. In 1988, Organizatia Natiunilor Unite a infiintat IPCC (Panelul International pentru Schimbarile Climatice) cu scopul de a colecta rezultatele cercetarilor din partea tuturor cercetatorilor de top in domeniul climatologiei din intreaga lume pentru a oferi recomandari politice. Intre timp, IPCC considera foarte probabil ca influenta umana sa fi fost principala cauza a incalzirii globale observate incepand cu mijlocul secolului al XX-lea. Consecintele negative ale incalzirii globale, prevazute de catre IPCC, includ scaderea volumelor de gheata, in special in zona Arctica, cresterea nivelurilor oceanului, precum si modificari in ciclul global al apei si cresterea evenimentelor meteorologice extreme asociate cu aceasta, cum ar fi ploi torentiale si secetele.

Influenta efectului de sera asupra temperaturii medii a suprafetei Pamantului poate fi explicata prin echilibrul dintre radiatia primita si radiatia emisa. Solidele si lichidele cu o temperatura mai mare de 0 Kelvin emit radiatii termice, a caror spectru depinde doar de temperatura. Spectrul seamana cu o curba Gaussiena distorsionata, cu maximul deplasat catre lungimile de unda mai scurte odata cu cresterea temperaturii (curba de distributie Planck). Radiatia emisa de un corp devine mai bogata in energie cu cresterea temperaturii.

Soarele are o temperatura de aproximativ 5,777 K. Maximul de radiatie corespunde luminii vizibile pentru noi. Puterea efectiva a radiatiei care actioneaza asupra unui corp per unitate de suprafata scade cu patratul distantei fata de Soare. Puterea medie a radiatiei care atinge suprafata sferica a Pamantului este de 342 W/m2. O parte din aceasta este reflectata de nori, aerosoli si de suprafata Pamantului insusi. O mare parte din radiatia ultravioleta si infrarosie este deja absorbita in atmosfera superioara de catre stratul de ozon si de catre vaporii de apa si este emisa din nou. Pe de alta parte, atmosfera este in mare parte transparenta la lumina vizibila (fereastra atmosferica). Aceasta ajunge la suprafata Pamantului fara obstacole si o incalzeste. Fara efectul de sera, Pamantul ar absorbi o putere medie a radiatiei nete de aproximativ 205 W/m2.