اثر گلخانهای و جذب اتمسفری
چگونگی جذب و بازتابش تابش حرارتی توسط بخار آب، دیاکسید کربن و سایر گازها، که باعث گرم شدن سطح زمین فراتر از دمای تعادل تابشی آن میشود.
Definition
اثر گلخانهای گرم شدن سطح یک سیاره است که توسط گازهای اتمسفری ایجاد میشود؛ این گازها نسبت به نور خورشید ورودی شفاف هستند اما تابش حرارتی خروجی را جذب و بازتابش میکنند و دمای سطح را بالاتر از مقداری که تنها توسط گرمایش خورشیدی تعیین میشود، افزایش میدهند.
Scope
این موضوع به مبانی فیزیکی اثر گلخانهای میپردازد: جذب و انتشار تابش فروسرخ توسط مولکولهای گازی، باندهای طیفی که در آنها عمل میکنند، و چگونگی کنترل دمای سطح توسط سطح مؤثر تابش اتمسفر. این مبحث نقش بخار آب، دیاکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن و ازن، مفهوم واداشت تابشی ناشی از تغییرات در غلظت آنها، و اثرات اشباع و همپوشانی باندها را که مقیاس واداشت را با غلظت تعیین میکنند، بررسی میکند.
Core questions
- چرا برخی گازها جاذبهای مؤثری برای تابش حرارتی هستند در حالی که برخی دیگر نیستند؟
- اثر گلخانهای چگونه دمای سطح را بالاتر از تعادل تابشی افزایش میدهد؟
- واداشت تابشی با افزایش غلظت گاز گلخانهای چگونه تغییر میکند؟
- سهم نسبی بخار آب و دیاکسید کربن چیست؟
Key theories
- سطح انتشار مؤثر
- گازهای گلخانهای ارتفاعی را که سیاره به طور مؤثر به فضا تابش میکند، افزایش میدهند، و از آنجایی که آن سطح سردتر از سطح زمین است، سطح باید گرم شود تا انرژی کافی برای متعادل کردن نور خورشید ورودی را منتشر کند.
- واداشت لگاریتمی دیاکسید کربن
- از آنجایی که باندهای جذب مرکزی دیاکسید کربن تقریباً اشباع شدهاند، واداشت تابشی آن تقریباً با لگاریتم غلظت رشد میکند، بنابراین هر دو برابر شدن مقدار مشابهی از واداشت را اضافه میکند.
Mechanisms
مولکولهایی با گذارهای ارتعاشی و چرخشی مناسب، تابش فروسرخ خروجی را جذب کرده و آن را در همه جهات، از جمله به سمت سطح، بازتابش میکنند؛ این امر ارتفاعی را که تابش در نهایت به فضا فرار میکند، افزایش میدهد و از آنجایی که دما با افزایش ارتفاع در تروپوسفر کاهش مییابد، سطح گرم میشود تا زمانی که سطح انتشار سردتر به اندازه کافی تابش کند تا نور خورشید جذب شده را متعادل سازد. افزودن گاز بیشتر، لایه جاذب را ضخیمتر کرده و سطح انتشار را به ارتفاع بالاتر و سردتر منتقل میکند و واداشت را افزایش میدهد.
Clinical relevance
واداشت تابشی ناشی از افزایش دیاکسید کربن، متان و سایر گازهای گلخانهای، محرک فیزیکی مستقیم تغییرات اقلیمی ناشی از فعالیتهای انسانی است و این مکانیسم را برای درک و پیشبینی گرمایش جهانی محوری میسازد.
Evidence & guidelines
گزارش ارزیابی ششم IPCC واداشت تابشی مؤثر هر یک از گازهای گلخانهای اصلی را کمیسازی کرده و سهم غالب گرمایش مشاهده شده از دوران پیشصنعتی را به این گازها نسبت میدهد.
History
تیندال در قرن نوزدهم نشان داد که بخار آب و دیاکسید کربن تابش حرارتی را جذب میکنند، و آرنیوس اولین تخمین کمی از گرمایش ناشی از دو برابر شدن دیاکسید کربن را ارائه داد؛ طیفسنجی و مدلسازی تابشی-همرفتی در قرن بیستم این ایدهها را به نظریه کمی مدرن واداشت تابشی تبدیل کردند.
Debates
- ادعاهای تاریخی اشباع باند
- اعتراضات اولیه مبنی بر اینکه جذب دیاکسید کربن قبلاً اشباع شده بود، با این تشخیص حل شد که افزودن گاز، سطح انتشار سرد را بالا میبرد، بنابراین واداشت به جای رسیدن به فلات، همچنان افزایش مییابد.
Key figures
- Svante Arrhenius
- John Tyndall
- Raymond Pierrehumbert
- Syukuro Manabe
Related topics
Seminal works
- arrhenius1896
- pierrehumbert2010
Frequently asked questions
- کدام گاز بیشترین سهم را در اثر گلخانهای دارد؟
- بخار آب به طور کلی بیشترین سهم را دارد، اما به عنوان یک بازخورد عمل میکند که به دما پاسخ میدهد، در حالی که دیاکسید کربن گاز اصلی با عمر طولانی است که انسانها آن را افزایش میدهند.
- چرا دیاکسید کربن هنوز اهمیت دارد اگر باندهای آن تقریباً اشباع شدهاند؟
- افزودن دیاکسید کربن ارتفاعی را که سیاره به فضا تابش میکند به سطح سردتری میرساند، بنابراین اثر گرمایش با هر دو برابر شدن غلظت همچنان افزایش مییابد.