Sera Etkisi ve Atmosferik Soğurma
Su buharı, karbondioksit ve diğer gazların termal radyasyonu nasıl soğurup yeniden yaydığı ve yüzeyi radyatif denge sıcaklığının üzerine çıkararak ısıttığı açıklanmaktadır.
Tanım
Sera etkisi, bir gezegenin yüzeyinin, gelen güneş ışığına karşı şeffaf olan ancak dışarı giden termal radyasyonu soğurup yeniden yayan atmosferik gazlar tarafından ısınmasıdır; bu durum, yüzey sıcaklığını yalnızca güneş ısınmasıyla belirlenen değerin üzerine çıkarmaktadır.
Kapsam
Bu konu, sera etkisinin fiziksel temelini kapsamaktadır: moleküler gazlar tarafından uzun dalga radyasyonunun soğurulması ve yayılması, bu gazların etkili olduğu spektral bantlar ve atmosferin etkin ışınım seviyesinin yüzey sıcaklığını nasıl kontrol ettiği incelenmektedir. Su buharı, karbondioksit, metan, azot oksit ve ozonun rolleri, konsantrasyonlarındaki değişikliklerden kaynaklanan radyatif zorlama (radiative forcing) kavramı ile zorlamanın konsantrasyonla nasıl ölçeklendiğini belirleyen doygunluk ve bant çakışması etkileri ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Bazı gazlar neden termal radyasyonun etkili soğurucuları iken diğerleri değildir?
- Sera etkisi, yüzey sıcaklığını radyatif denge seviyesinin üzerine nasıl çıkarmaktadır?
- Bir sera gazı konsantrasyonu arttıkça radyatif zorlama nasıl değişmektedir?
- Su buharı ve karbondioksitin göreceli katkıları nelerdir?
Temel kuramlar
- Etkin emisyon seviyesi
- Sera gazları, gezegenin etkin bir şekilde uzaya ışınım yaptığı yüksekliği artırmaktadır ve bu seviye yüzeyden daha soğuk olduğu için, yüzeyin gelen güneş ışığını dengeleyecek kadar enerji yaymak için ısınması gerekmektedir.
- Karbondioksitin logaritmik zorlaması
- Karbondioksitin merkezi soğurma bantları neredeyse doygunluğa ulaştığı için, radyatif zorlaması konsantrasyonun logaritmasıyla yaklaşık olarak artmaktadır, bu nedenle her iki katına çıkış benzer miktarda zorlama eklemektedir.
Mekanizmalar
Doğru titreşimsel ve dönme geçişlerine sahip moleküller, dışarı giden kızılötesi radyasyonu soğurur ve bunu yüzeye geri dönmek de dahil olmak üzere her yöne yeniden yayar; bu durum, radyasyonun nihayet uzaya kaçtığı yüksekliği artırmaktadır ve troposferde sıcaklık yükseklikle azaldığı için, yüzey, daha soğuk emisyon seviyesi soğurulan güneş ışığını dengeleyecek kadar ışınım yapana kadar ısınmaktadır. Daha fazla gaz eklemek, soğurucu tabakayı kalınlaştırır ve emisyon seviyesini daha yüksek ve daha soğuk bir noktaya kaydırarak zorlamayı artırmaktadır.
Klinik önem
Artan karbondioksit, metan ve diğer sera gazlarından kaynaklanan radyatif zorlama, insan kaynaklı iklim değişikliğinin doğrudan fiziksel itici gücüdür ve bu mekanizmayı küresel ısınmayı anlamak ve öngörmek için merkezi bir konuma getirmektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
IPCC Altıncı Değerlendirme Raporu, her bir ana sera gazının etkin radyatif zorlamasını nicel olarak belirlemekte ve sanayi öncesi dönemden bu yana gözlemlenen ısınmanın baskın payını bu gazlara atfetmektedir.
Tarihçe
Tyndall, on dokuzuncu yüzyılda su buharı ve karbondioksitin termal radyasyonu soğurduğunu göstermiştir ve Arrhenius, karbondioksitin iki katına çıkmasının neden olduğu ısınmaya dair ilk nicel tahmini yapmıştır; yirminci yüzyıl spektroskopisi ve radyatif-konvektif modelleme, bu fikirleri modern radyatif zorlama nicel kuramına dönüştürmüştür.
Tartışmalar
- Bant doygunluğuna dair tarihsel iddialar
- Karbondioksit soğurmasının zaten doygunluğa ulaştığına dair erken itirazlar, gaz eklemenin soğuk emisyon seviyesini yükselttiği ve bu nedenle zorlamanın bir platoya ulaşmak yerine artmaya devam ettiği kabul edilerek çözülmüştür.
Öne çıkan isimler
- Svante Arrhenius
- John Tyndall
- Raymond Pierrehumbert
- Syukuro Manabe
İlgili konular
Temel eserler
- arrhenius1896
- pierrehumbert2010
Sıkça sorulan sorular
- Sera etkisine en çok hangi gaz katkıda bulunmaktadır?
- Genel olarak su buharı en büyük katkıyı sağlamaktadır, ancak sıcaklığa tepki veren bir geri bildirim mekanizması olarak işlev görürken, karbondioksit insanların artırdığı ana uzun ömürlü gazdır.
- Bantları neredeyse doygunluğa ulaşmışsa karbondioksit neden hala önemlidir?
- Karbondioksit eklemek, gezegenin uzaya ışınım yaptığı yüksekliği daha soğuk bir seviyeye yükseltmektedir, bu nedenle ısınma etkisi konsantrasyonun her iki katına çıkışıyla artmaya devam etmektedir.