jasno — tisk
čas výtisku: 2020–09–30 | 02:38 UTC
publikováno: 2015–12–11 | 21:28 UTC
autor článku: Petr Dvořák
Atmosféra: Co je skleníkový efekt
Diskuse o globální změně klimatu, případně o globálním oteplování, je na denním pořádku. V Paříží ve čtvrti Le Bourget proběhla ve dnech 30. 11. až 12. 12. 2015 konference Spojených národů pod názvem COP 21, které se zúčastnili vedoucí představitelé 200 zemí. Výstupem konference by mělo být usnesení o limitu nárůstu celosvětového oteplování do r. 2100 v mezích 2 °C, a to prostřednictvím omezení průmyslové produkce.

Na teplotě atmosféry se významně podílí skleníkový efekt (angl. greenhouse effect). Nebýt tohoto efektu, byla by teplota vzduchu v přízemní vrstvě zhruba o 30 °C nižší, než je. Za skleníkový efekt odpovídají tzv. skleníkové plyny, v různých koncentracích zastoupené v atmosféře.

Sluneční radiace je základním zdrojem energie pro zemský povrch a atmosféru. Spektrum slunečního záření je rozsáhlé, avšak největší intenzitu má vyzářená energie v oblasti viditelného (nebo jemu blízkého) úseku záření. Zhruba třetina záření, které přichází od Slunce a dopadá na horní hranici atmosféry, je odražena zpět do vesmíru a na pozemském klimatu se neprojeví. Zbývající dvě třetiny prostupují atmosférou k zemskému povrchu, jenž větší část tohoto podílu absorbuje, menší část je pak absorbována samotnou atmosférou.

Kvůli energetické rovnováze je žádoucí, aby Země vyzářila stejné množství energie, kolik jí přijme. Jelikož je teplota zemského povrchu (zhruba 260 až 310 K) podstatně nižší, než teplota povrchu Slunce (zhruba 5500 K), vyzařuje zemský povrch maximum energie ve vyšších vlnových délkách než Slunce, v oboru infračerveného (IR) záření, nazývaného též tepelné záření. Toto vyzařování, vycházející ze zemského povrchu, odchází ven do vesmíru jen částečně; určitá vyzářená část je opět absorbována atmosférou, tj. atmosférickými plyny nebo oblačností, a odtud opět vyzařována všemi směry, včetně směru dolů zpět k zemskému povrchu — tomu se říká zpětné záření a právě toto záření zodpovídá za udržování jisté teploty atmosféry. Tomuto jevu pak říkáme skleníkový efekt po vzoru vzduchu, uzavřeném ve skleníku, jehož skleněné tabule zabraňují proudění vzduchu a zvyšují teplotu uvnitř.

.
Podobně, i když na jiném fyzikálním principu, se odbývá zahřívání zemského povrchu prostřednictvím radiace atmosférických plynů. Kdyby nebyl skleníkový efekt, byla by teplota atmosféry u zemského povrchu pod bodem mrazu; přirozený skleníkový jev má tedy příznívý vliv na životodárné podmínky na planetě. Problémem však je zvyšování obsahu skleníkových plynů v atmosféře, zejména antropogenní činností, jako je např. spalování fosilních paliv, které vnáší do atmosféry vyšší obsah CO2. Ale také např. likvidace rozsáhlých lesních ploch (např. kácení tropických pralesů), čímž ubývá vegetace, která prostřednictvím fotosyntézy mění CO2 na kyslík.

Dva nejčetněji zastoupené atmosférické plyny, tj. dusík (78 % v suché atmosféře) a kyslík (21 % v suché atmosféře) se na skleníkovém efektu nijak nepodílejí. Skleníkový efekt pozorujeme u molekul, které jsou složitější a v atmosféře zastoupené daleko méně. Vůbec nejvýznamnější skleníkový plyn je vodní pára, na druhém místě pak CO2. Oxid uhličitý se sice projevuje slabším skleníkovým efektem než např. metan, ale CO2 je v atmosféře obsažen mnohem více, než metan, a tak je výsledný efekt u CO2 vyšší. Dalšími skleníkovými plyny jsou zmíněný metan, oxidy dusíku, ozón a několik dalších plynů, avšak všechny tyto plyny jsou v atmosféře zastoupeny jen velice málo a také se v skleníkovém efektu uplatňují jen nepatrně.

Ve vlhkých rovníkových oblastech je skleníkový efekt vodní páry značný. Vedle vysokého obsahu vody v atmosféře je pak poměrně nevýznamný obsah CO2 a proto se zvýšení jeho obsahu v tropech v podstatě na růstu teploty neprojevuje. Globální oteplování se nejméně týká právě rovníkových oblastí.

Jiná je situace v sušších polárních regionech. Zde je vliv vodní páry méně výrazný, než u rovníku, a tak se na zpětném záření atmosféry daleko více angažuje CO2. Polární oblasti jsou tedy mnohem více citlivé na kolísání obsahu vodní páry i CO2. Totéž lze říci o suchých a chladných vrstvách vysoké atmosféry, v nichž i malá oscilace obsahu vodní páry a CO2 vyvolá větší vliv skleníkového efektu, než teplé a vlhké vrstvy vzduchu blízko zemského povrchu.

Některé součásti klimatického systému, jako jsou oceány nebo biosféra, významně ovlivňují obsah skleníkových plynů v atmosféře a podílejí se tak na výsledném účinku zpětného záření. Jedním z hlavních příkladů je množství vegetace na Zemi, neboť zeleň odebírá CO2 z atmosféry a pomocí fotosyntézy jej přeměňuje na karbohydráty. V industriální éře se zase člověk svou činností podílí na zvyšování obsahu skleníkových plynů do atmosféry, především spalováním fosilních paliv a kácením lesů.

Další přidávání skleníkových plynů do atmosféry nadále zesiluje skleníkový efekt a z něj plynoucí systematické oteplování atmosféry Země. Hodnota tohoto oteplování nezávisí jen na samotné koncentraci toho kterého skleníkového plynu, ale na množství různých zpětných vazeb mezi atmosférou, biosférou nebo hydrosférou. Příkladem je růst obsahu vodní páry v důsledku zvýšení teploty vzduchu. Vyšší koncentrace vodní páry vyvolá zpětnou vazbu — nárůst teploty vzduchu vlivem skleníkového efektu. Na to navazuje další zpětná vazba, nárůst koncentrace vodní páry v důsledku zvýšené teploty vzduchu. Celý cyklus tak v důsledku této kladné vazby logaritmicky zesiluje. Takovýto vliv zvýšeného obsahu vodní páry může být ještě více zesílen zvýšením obsahu CO2. Mechanismus je také takový, že celkem malé zvýšení koncentrace CO2 je spouštěcím mechanismem daleko výraznějšího růstu koncentrace vodní páry, která pak nastolí násobně větší skleníkový efekt, než by odpovídalo malému navýšení koncentrací samostatného CO2.
Jinou zpětnou vazbou je také oblačnost. Oblaky velmi efektivně absorbují IR záření a proto zodpovídají za silný projev skleníkového efektu a oteplování vzduchu u země. Vedle toho ale oblaky značně odrážejí dopadající sluneční záření a při zatažené obloze tak naopak brání sluneční radiaci v zahřátí zemského povrchu. Výsledek, zda vliv oblačnosti bude směřovat k oteplení či ochlazení vrstvy vzduchu mezi oblaky a zemským povrchem, pak bude záviset na druhu oblaků, místě výskytu, vodním obsahu, výšce nad zemí, velikosti obsažených částic, tvaru oblaku nebo době existence oblaku. Některé tyto parametry mohou oteplení zesílit, jiné umírnit.

V současnosti se mnohé klimatologické výzkumy zaobírají právě tématy, jak oblačnost ovlivňuje skleníkový efekt, a jak fungují zpětné vazby mezi atmosférou, biosférou, hydrosférou a ostatní geosférou.