El efecto de invernadero del es el proceso en el cual la emisión de la radiación infrarroja por la atmósfera calienta la superficie de de un planeta. El nombre viene de una analogía incorrecta con calentarse del aire dentro de un invernadero comparado al aire fuera del invernadero. ¡La temperatura superficial media de de la tierra del °C 15 (el °F) 59 es el °C cerca de 33 (el calentador de 59 °F) que ella estaría sin el efecto de invernadero. El efecto de invernadero fue descubierto por el José Fourier en 1824 y el primer investigó cuantitativo por el Svante Arrhenius en 1896. calentamientos del planeta, el calentarse reciente de la tierra, se cree para ser el resultado de concentraciones crecientes de los gases de efecto invernadero en la atmósfera. Además de la tierra, el Marte y el Venus tienen efectos de invernadero.
Mecanismo básico
El forzar radiativo
La tierra recibe energía del Sun bajo la forma de radiación . El de la tierra refleja cerca de el 30% de la radiación solar entrante. El 70% restante se absorbe, calentando la tierra, la atmósfera y los océanos. Para que la temperatura de la tierra esté en el de estado estacionario de modo que la tierra no caliente o no se refresque rápido, esta radiación solar absorbente se debe balancear muy de cerca por la energía irradiada de nuevo a espacio en las longitudes de onda infrarrojas . Puesto que la intensidad de la radiación infrarroja aumenta con el aumento de la temperatura, uno puede pensar en la temperatura de la tierra como siendo determinado por el flujo infrarrojo necesario para balancear el flujo solar absorbente. La radiación solar visible calienta sobre todo la superficie, no la atmósfera, mientras que la mayor parte de la radiación infrarroja que se escapa al espacio se emite de la atmósfera superior, no la superficie. Los fotones infrarrojos emitidos por la superficie son absorbidos sobre todo en la atmósfera por los gases y las nubes de efecto invernadero y no se escapan directo al espacio.
La razón que ésta calienta la superficie es la más facilmente comprensible comenzando con un modelo simplificado de un efecto de invernadero puramente radiativo que no haga caso de transferencia de energía en la atmósfera por la convección (transporte de calor sensible) y por la evaporación y la condensación del vapor de agua (transporte del calor latente ). En este caso puramente radiativo, uno puede pensar en la atmósfera como emisión de la radiación infrarroja hacia arriba y hacia abajo. El flujo infrarrojo ascendente emitido por la superficie debe balancear no sólo el flujo solar absorbente pero también este flujo infrarrojo hacia abajo emitidos por la atmósfera. La temperatura superficial se levantará hasta que genere la radiación termal equivalente a la suma de la radiación solar e infrarroja entrante.
Un cuadro más realista que considera los flujos de calor convectivo y latente es algo más complejo. Pero el modelo simple siguiente captura la esencia. El punto de partida es observar que la opacidad de la atmósfera a la radiación infrarroja determina la altura en la atmósfera de la cual la mayor parte de los fotones se emiten a espacio. Si la atmósfera es más opaca, el fotón típico que se escapa al espacio será emitido más arriba adentro de la atmósfera, porque una entonces tiene que ir a altitudes más altas al ve hacia fuera al espacio en el infrarrojo. Puesto que la emisión de la radiación infrarroja es una función de la temperatura, es la temperatura de la atmósfera en este nivel de la emisión que sea determinado con eficacia por el requisito que el equilibrio emitido del flujo el flujo solar absorbente.
Pero la temperatura de la atmósfera disminuye generalmente con altura sobre la superficie, a un índice del °C áspero 6.5 por kilómetro en promedio, hasta que uno alcance la estratosfera 10-15 kilómetros sobre la superficie. (La mayoría de los fotones infrarrojos que se escapan al espacio son emitidos por la troposfera, la región limitada por la superficie y la estratosfera, así que podemos no hacer caso de la estratosfera en este cuadro simple.) Un modelo muy simple, pero uno que demuestra ser notable útil, implica la asunción que este perfil de temperatura es simplemente fijo, por los flujos de energía non-radiative. Dado la temperatura en el nivel de la emisión del flujo infrarrojo que se escapa al espacio, uno entonces computa la temperatura superficial aumentando temperatura al índice del °C 6.5 por el kilómetro, la tarifa de lapso ambiental, hasta que uno alcance la superficie. Cuanto más opaca la atmósfera, y cuanto más alta es el nivel de la radiación infrarroja de escape, el calentador de la emisión la superficie, puesto que una entonces necesita seguir esta tarifa de lapso sobre una distancia más grande en la vertical. Mientras que menos es intuitivo que el efecto de invernadero puramente radiativo, este cuadro radiativo-convectivo del menos familiar es el punto de partida para la mayoría de las discusiones del efecto de invernadero en el clima que modela la literatura de .
El " del término; effect" del invernadero; está una fuente de confusión en que los invernaderos reales no se calientan por este mecanismo (véase los invernaderos verdaderos de la sección) . Las discusiones populares implican a menudo incorrectamente que lo hacen; este error se hace a veces incluso en materiales de las agencias científicas o gubernamentales (e., la Agencia de Protección Ambiental de los E.
Gases de efecto invernadero
considera también:
Los mecánicos de Quantum proporcionan la base para computar las interacciones entre las moléculas y la radiación. La mayor parte de esta interacción ocurre cuando la frecuencia de los fósforos de la radiación de cerca que de las líneas espectrales de la molécula, determinadas por la cuantificación de los modos de vibración y de rotación de la molécula. (Las excitaciones electrónicas no son generalmente relevantes para la radiación infrarroja, pues requieren la energía más grande que ésa en un fotón infrarrojo.)
La anchura de una línea espectral es un elemento importante en la comprensión de su importancia para la absorción de la radiación. En la atmósfera de tierra estas anchuras espectrales son determinadas sobre todo por la “presión que ensancha”, que es la distorsión del espectro debido a la colisión con otra molécula. La mayor parte de la absorción infrarroja en la atmósfera se puede pensar en como ocurriendo mientras que están chocando dos moléculas. La absorción debido a un fotón que obra recíprocamente con una molécula solitaria es relativamente pequeña. Este aspecto three-body del problema, de un fotón y de dos moléculas, hace el cómputo mecánico del quántum directo para las moléculas del interés más desafiador. Las medidas espectroscópicas cuidadoso del laboratorio, algo que cómputos mecánicos del quántum del ab initio, proporcionan la base para la mayor parte de los cálculos de la transferencia radiativa usados en los estudios de la atmósfera.
Las moléculas/los átomos que constituyen el bulto de la atmósfera: Oxígeno (O2), nitrógeno (N2) y argón (AR); no obrar recíprocamente con la radiación infrarroja perceptiblemente. Mientras que las moléculas del oxígeno y del nitrógeno pueden vibrar, debido a su simetría estas vibraciones no crean ninguna separación transitoria de la carga. Sin un momento tan transitorio del dipolo, pueden ni absorber ni emitir la radiación infrarroja. En la atmósfera de tierra, los gases absorbentes infrarrojos dominantes son el vapor de agua, el dióxido de carbono, y el ozono (O3). Las mismas moléculas son también el infrarrojo dominante que emite las moléculas. CO2 y O3 tienen " floppy" los movimientos de la vibración cuyos estados de quántum se pueden excitar por colisiones en las energías encontraron en la atmósfera. Por ejemplo, el dióxido de carbono es una molécula linear, pero tiene un modo vibratorio importante en el cual la molécula doble con el carbón en una forma de mudanza del centro y los oxygens en los extremos que mueven la otra manera, creando una cierta separación de la carga, un momento de dipolo, así las moléculas del dióxido de carbono pueden absorber la radiación del IR. Las colisiones transferirán inmediatamente esta energía a calentar el gas circundante. Por una parte, otras moléculas de CO2 vibrationally serán excitadas por colisiones. Los áspero 5% de moléculas de CO2 son vibrationally emocionados en la temperatura ambiente y son este 5% que irradia. Una parte substancial del efecto de invernadero debido al dióxido de carbono existe porque esta vibración es excitada fácilmente por la radiación infrarroja. CO2 tiene dos otros modos vibratorios. El estiramiento simétrico no irradia, y el estiramiento asimétrico está en una frecuencia demasiado alta que se excitará con eficacia por colisiones atmosféricas de la temperatura, aunque contribuya a la absorción de la radiación del IR. Los modos vibratorios de agua están en las energías demasiado altas a irradiar con eficacia, pero absorben una radiación más alta del IR de la frecuencia. El vapor de agua tiene una forma doblada. Tiene un momento de dipolo permanente (el extremo del átomo de O es ricos del electrón, y los pobres del electrón de los átomos de H) que signifique que la luz del IR se puede emitir y absorber durante transiciones rotatorias, y estas transiciones se pueden también producir por transferencia de energía colisional. Las nubes son también amortiguadores infrarrojos muy importantes. Por lo tanto, el agua tiene efectos múltiples en la radiación infrarroja, con su fase de vapor y con sus fases condensadas. Otros amortiguadores de la significación incluyen el metano, el óxido nitroso y los clorofluorocarbonos
La discusión de la importancia relativa de diversos amortiguadores infrarrojos es confundida por el traslapo entre las líneas espectrales debido a diversos gases, ensanchados ensanchando de la presión. Consecuentemente, la absorción debido a un gas no se puede pensar en como independiente de la presencia de otros gases. Un acercamiento conveniente es quitar el componente elegido, saliendo de el resto de los amortiguadores, y de las temperaturas, sin tocar, y supervisando la radiación infrarroja que se escapa al espacio. La reducción en la absorción infrarroja es entonces una medida de la importancia de ese componente. Más exacto, definir el efecto de invernadero (GE) para ser la diferencia entre la radiación infrarroja que la superficie irradiaría al espacio si no había atmósfera y la radiación infrarroja real que se escapaba al espacio. Entonces computar la reducción del porcentaje en GE cuando se quita un componente. La tabla abajo se computa con este método, usar un modelo de 1 dimensión particular de la atmósfera. Cómputos más recientes 3D llevan a los resultados similares.
Efecto de invernadero de la regeneración positiva y del fugitivo
Cuando hay un lazo de efectos tales como la concentración de un gas de efecto invernadero sí mismo que es una función de la temperatura, hay una regeneración . Si el efecto es actuar en la misma dirección en temperatura es una regeneración positiva ; y si en la dirección opuesta es una regeneración negativa. A veces los efectos de la regeneración pueden estar en la misma causa que forzar pero puede también estar vía otro gas de efecto invernadero o en otros efectos tales como cambio en la cubierta del hielo que afecta al albedo del planeta.
Las regeneraciones positivas no tienen que llevar a un efecto del fugitivo. Con la radiación de la tierra que aumenta en proporción con la cuarta energía de la temperatura, el efecto de la regeneración tiene que ser muy fuerte causar un efecto del fugitivo. Un aumento en temperatura de los gases de efecto invernadero que llevan al vapor de agua creciente que es un gas de efecto invernadero que causa más lejos calentarse es una regeneración positiva. Esto no puede ser un efecto del fugitivo o el efecto del fugitivo habría ocurrido hace tiempo. Los efectos de la regeneración positiva son comunes y pueden existir siempre mientras que los efectos del fugitivo son mucho más raros y no pueden funcionar siempre.
Si los efectos de la segunda iteración del lazo de efectos son más grandes que los efectos de la primera iteración del lazo que esto llevará a un uno mismo que perpetúa efecto. Si esto ocurre y los extremos de la regeneración solamente después de producir un aumento importante de la temperatura, se llama un efecto de invernadero del fugitivo del . Una regeneración del fugitivo podía también ocurrir en la dirección opuesta que llevaba a una edad de hielo. Las regeneraciones del fugitivo están limitadas para parar, puesto que las temperaturas infinitas no se observan. Se permiten parar debido a las cosas como una fuente de reducción de un gas de efecto invernadero o un cambio de fase de la cubierta del gas o del hielo que reduce hacia cero o que aumenta hacia un de gran tamaño que sea difícil de aumentar.
Según la hipótesis del arma del clatrato un efecto de invernadero del fugitivo se podría causar por la liberación del gas de metano de los hidratos calentamiento del planeta si hay suficientes hidratos cerca de condiciones inestables. Se ha especulado que el acontecimiento permianotriásico de la extinción fue causado por tal efecto del fugitivo. También se piensa que las granes cantidades de metano se podrían lanzar de la tundra siberiana como comienza a deshelar, metano que era 21 veces más potentes un gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono.
Un efecto de invernadero del fugitivo que implica CO2 y el vapor de agua pudo haber ocurrido en el Venus . En Venus hay hoy poco vapor de agua en la atmósfera. Si el vapor de agua contribuyó al calor de Venus contemporáneamente, esta agua se piensa para haberse escapado al espacio. Venus se calienta suficientemente fuerte por el Sun que el vapor de agua puede levantarse mucho más arriba en la atmósfera y es partido en el hidrógeno y el oxígeno por la luz ultravioleta. El hidrógeno puede entonces escaparse de la atmósfera y el oxígeno recombina. El dióxido de carbono, el gas de efecto invernadero dominante en la atmósfera actual de Venusian, debe probablemente su concentración más grande a la debilidad del carbón que recicla con respecto a la tierra, donde el dióxido de carbono emitido de los volcanes subducted eficientemente en la tierra por tectónica de placa en escala de tiempo geológica.
Efecto de invernadero antropogénico
considera también:
l calentamiento del planeta La producción de CO2 de la actividad industrial creciente (burning del combustible fósil) y de otras actividades humanas tales como producción del cemento y tala de árboles tropical ha aumentado las concentraciones de CO2 en la atmósfera. Las medidas de las cantidades del dióxido de carbono del observatorio de Mauna Loa demuestran que CO2 ha aumentado de cerca de 313 PPM (partes por millón) en 1960 a cerca de 375 PPM en 2005. La cantidad observada actual de CO2 excede el expediente geológico de los máximos de CO2 (~300 PPM) de datos de la base del hielo.
Porque es un gas de efecto invernadero, los niveles elevated de CO2 aumentarán temperatura mala global; de acuerdo con una revisión extensa de la literatura científica, el panel intergubernamental en el cambio de clima concluye ese " el la mayor parte de el aumento observado en temperaturas global hechas un promedio desde el siglo de mid-20th es muy probable debido al aumento observado en " antropogénico de las concentraciones del gas de efecto invernadero;.
Durante los últimos 800.000 años, los datos de la base del hielo demuestran inequívoco que el dióxido de carbono ha variado de los valores de hasta sólo 180 porciones por millón (ppm) al nivel preindustrial de 270ppm. Ciertos Paleoclimatologists consideran variaciones en dióxido de carbono ser un factor fundamental en variaciones del clima que controlan sobre este escala de tiempo.
Invernaderos verdaderos
El término “efecto de invernadero” vino original de los invernaderos usados para cultivar un huerto, pero es un nombre incorrecto puesto que los invernaderos funcionan diferentemente. Un invernadero se construye del vidrio; calienta para arriba sobre todo porque el Sun calienta la tierra dentro de él, que calienta el aire cerca de la tierra, y este aire se previene del levantamiento y de fluir lejos. El calentarse dentro de un invernadero ocurre así suprimiendo la convección y la mezcla turbulenta. Esto puede ser demostrada abriendo una pequeña ventana cerca de la azotea de un invernadero: la temperatura caerá considerablemente. También se ha demostrado experimental (Wood, 1909): un " greenhouse" construido de la sal de roca (que es transparente al IR) calienta para arriba apenas como lo hace uno construido del vidrio. Los invernaderos trabajan así sobre todo previniendo la convección ; el efecto de invernadero atmosférico sin embargo reduce la pérdida de radiación del, no convección. Es absolutamente común, sin embargo, encontrar fuentes (e.,) que hacer el " greenhouse" analogía. Aunque el mecanismo primario para los invernaderos que se calientan sea la prevención de la mezcla con la atmósfera libre, las características radiativas del satinado pueden todavía ser importantes para los cultivadores comerciales. Con el desarrollo moderno de nuevos superficies y glazings plásticos para los invernaderos, esto ha permitido la construcción de los invernaderos que controlan selectivamente transmitencia de la radiación para mejorar control el ambiente growing.
Ver también
efecto del Anti-invernaderoClima que fuerza
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