Efek Rumah Kaca dan Penyerapan Atmosfer

Bagaimana uap air, karbon dioksida, dan gas-gas lain menyerap dan memancarkan kembali radiasi termal, menghangatkan permukaan di atas suhu kesetimbangan radiatifnya.

Definition

Efek rumah kaca adalah pemanasan permukaan planet yang disebabkan oleh gas atmosfer yang transparan terhadap sinar matahari yang masuk tetapi menyerap dan memancarkan kembali radiasi termal yang keluar, meningkatkan suhu permukaan di atas nilai yang ditetapkan oleh pemanasan matahari saja.

Scope

Topik ini mencakup dasar fisik efek rumah kaca: penyerapan dan emisi radiasi gelombang panjang oleh gas molekuler, pita spektral tempat mereka beraksi, dan cara tingkat pemancar radiasi atmosfer yang efektif mengontrol suhu permukaan. Ini membahas peran uap air, karbon dioksida, metana, dinitrogen oksida, dan ozon, konsep pemaksaan radiatif dari perubahan konsentrasinya, serta efek saturasi dan tumpang tindih pita yang mengatur bagaimana pemaksaan berskala dengan konsentrasi.

Core questions

• Mengapa beberapa gas merupakan penyerap radiasi termal yang efektif sementara yang lain tidak?
• Bagaimana efek rumah kaca meningkatkan suhu permukaan di atas kesetimbangan radiatif?
• Bagaimana pemaksaan radiatif berubah seiring peningkatan konsentrasi gas rumah kaca?
• Apa kontribusi relatif uap air dan karbon dioksida?

Key theories

Tingkat emisi efektif

Gas rumah kaca meningkatkan ketinggian dari mana planet secara efektif memancarkan ke luar angkasa, dan karena tingkat itu lebih dingin dari permukaan, permukaan harus menghangat untuk memancarkan energi yang cukup untuk menyeimbangkan sinar matahari yang masuk.

Pemaksaan logaritmik karbon dioksida

Karena pita penyerapan pusat karbon dioksida hampir jenuh, pemaksaan radiatifnya tumbuh kira-kira dengan logaritma konsentrasi, sehingga setiap penggandaan menambahkan jumlah pemaksaan yang serupa.

Mechanisms

Molekul dengan transisi vibrasi dan rotasi yang tepat menyerap radiasi inframerah yang keluar dan memancarkannya kembali ke segala arah, termasuk kembali ke permukaan; ini meningkatkan ketinggian di mana radiasi akhirnya lolos ke luar angkasa, dan karena suhu turun seiring ketinggian di troposfer, permukaan menghangat hingga tingkat emisi yang lebih dingin memancarkan cukup untuk menyeimbangkan sinar matahari yang diserap. Menambahkan lebih banyak gas mempertebal lapisan penyerap dan menggeser tingkat emisi lebih tinggi dan lebih dingin, meningkatkan pemaksaan.

Clinical relevance

Pemaksaan radiatif dari peningkatan karbon dioksida, metana, dan gas rumah kaca lainnya adalah pendorong fisik langsung perubahan iklim yang disebabkan oleh manusia, menjadikan mekanisme ini sentral untuk memahami dan memproyeksikan pemanasan global.

Evidence & guidelines

Laporan Penilaian Keenam IPCC menguantifikasi pemaksaan radiatif efektif dari setiap gas rumah kaca utama dan mengaitkan bagian dominan dari pemanasan yang diamati sejak era pra-industri dengan gas-gas ini.

History

Tyndall menunjukkan pada abad kesembilan belas bahwa uap air dan karbon dioksida menyerap radiasi termal, dan Arrhenius membuat perkiraan kuantitatif pertama pemanasan dari penggandaan karbon dioksida; spektroskopi abad kedua puluh dan pemodelan radiatif-konvektif menyempurnakan ide-ide ini menjadi teori kuantitatif modern tentang pemaksaan radiatif.

Debates

Klaim historis tentang saturasi pita

Keberatan awal bahwa penyerapan karbon dioksida sudah jenuh diselesaikan dengan mengenali bahwa penambahan gas meningkatkan tingkat emisi dingin, sehingga pemaksaan terus meningkat daripada mendatar.

Key figures

• Svante Arrhenius
• John Tyndall
• Raymond Pierrehumbert
• Syukuro Manabe

Seminal works

• arrhenius1896
• pierrehumbert2010

Frequently asked questions

Gas mana yang paling berkontribusi terhadap efek rumah kaca?

Uap air adalah kontributor terbesar secara keseluruhan, tetapi ia bertindak sebagai umpan balik yang merespons suhu, sementara karbon dioksida adalah gas berumur panjang utama yang ditingkatkan oleh manusia.

Mengapa karbon dioksida masih penting jika pitanya hampir jenuh?

Penambahan karbon dioksida meningkatkan ketinggian dari mana planet memancarkan ke luar angkasa ke tingkat yang lebih dingin, sehingga efek pemanasan terus meningkat dengan setiap penggandaan konsentrasi.