Περιεχόμενα:

Περιεχόμενα: 2

Εισαγωγή. 3

Κεφάλαιο 1 Τι είναι το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου. 5

Κεφάλαιο 2 Ποιο είναι το πρόβλημα. 6

Κεφάλαιο 3 Οι ακτινοβολίες. 8

Κεφάλαιο 4 Το φαινόμενο. 9

Πρόλογος

Η παρακάτω εργασία δημιουργήθηκε στο μάθημα της πληροφορικής. Η εργασία αυτή αναφέρεται στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και στην τρύπα του όζοντος, σκοπός της εργασίας είναι να δείξει ότι η μόλυνση του περιβάλλοντος απειλεί τις ζωές μας. Καθημερινά τα προβλήματα αυξάνονται, με αποτέλεσμα το φαινόμενο του θερμοκηπίου να διευρύνεται. Η εργασία αυτή υλοποιήθηκε με βάση τα προβλήματα που παρουσιάζονται εξαιτίας των ανθρώπων στον πλανήτη μας.

Εισαγωγή

Τo φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι μια φυσική διαδικασία. Το χρειαζόμαστε για να διατηρούμε τη Γη μας ζεστή, ώστε να υπάρχει ζωή και ανάπτυξη. Δίχως αυτό, η Γη θα ήταν κρύα περίπου -20 ^oC, και δεν θα μπορούσε να υπάρχει ζωή. Αντιθέτως, η μέση θερμοκρασία της Γης διατηρείται στο επίπεδο των 15 ^oC, χάρις στο φαινόμενο αυτό.

Τα αέρια του θερμοκηπίου (που περιλαμβάνουν κυρίως το CO₂ και τους υδρατμούς) σχηματίζουν ένα 'στρώμα' πάνω από το έδαφος της Γης σε ένα ορισμένο ύψος, ώστε αφού επιτρέψουν να εισέλθει η υπέρυθρη ακτινοβολία του ήλιου, αυτή απορροφάται κατά ένα μέρος από τη Γη και την ατμόσφαιρα.

Η Γη δέχεται συνολικά ηλιακή ακτινοβολία, που αντιστοιχεί σε ροή περίπου 1366 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο, στο όριο της ατμόσφαιρας. Ένα μέρος αυτής απορροφάται από το σύστημα Γης-ατμόσφαιρας, ενώ το υπόλοιπο διαφεύγει στο διάστημα.

Περίπου το 30% της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας ανακλάται, σε ποσοστό 6% από την ατμόσφαιρα, 3% από τα νέφη και 4% από την επιφάνεια της Γης.

Το 70% της ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάται, κατά 16% από την ατμόσφαιρα (συμπεριλαμβανομένου και του στρατοσφαιρικού στρώματος του όζοντος), κατά 3% από τα νέφη και κατά το μεγαλύτερο ποσοστό (51%) από την επιφάνεια και τους ωκεανούς.

Ένα μέρος λοιπόν της ηλιακής ακτινοβολίας κατά την είσοδο της, περνά αναλλοίωτη στην ατμόσφαιρα, φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους και ακτινοβολείται προς τα πάνω με μεγαλύτερο μήκος κύματος.

Ένα μέρος αυτής απορροφάται από την ατμόσφαιρα, τη θερμαίνει και επανεκπέμπεται στην επιφάνεια του εδάφους. Το στρώμα των αερίων λοιπόν, επιτρέπει τη διέλευση της ακτινοβολίας αλλά ταυτόχρονα την εγκλωβίζει, μοιάζει με τη λειτουργία ενός θερμοκηπίου και ο Γάλλος μαθηματικός Fourier το ονόμασε το 1822 φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Περίπου το 86% της κατακρατούμενης από την ατμόσφαιρα γήινης ακτινοβολίας, οφείλεται στην παρουσία υδρατμών (H₂O), διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) και νεφών. Οι υδρατμοί αποτελούν το πλέον ενεργό συστατικό, κατά ποσοστό 60%, ενώ μικρότερη συνεισφορά έχουν και τα αέρια μεθανίου (CH₄), οξειδίου του νατρίου (N₂O) και όζοντος (O₃) (περίπου 8%).

Αποτελεί λοιπόν μια φυσική διεργασία που εξασφαλίζει στη Γη μια σταθερή θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους γύρω στους 15^οC.

Όμως τα τελευταία χρόνια λέγοντας φαινόμενο Θερμοκηπίου δεν αναφερόμαστε στη φυσική διεργασία, αλλά στην έξαρση αυτής, λόγω της ρύπανσης της ατμόσφαιρας από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες.

Οι τελευταίες, συμβάλλουν στην αύξηση της συγκέντρωσης των αερίων του θερμοκηπίου καθώς και στην έκλυση άλλων ιχνοστοιχείων, όπως οι χλωροφθοράνθρακες (CFC's). Τα τελευταία χρόνια, καταγράφεται μία αύξηση στη συγκέντρωση αρκετών αερίων του θερμοκηπίου, ενώ ειδικότερα στην περίπτωση του διοξειδίου του άνθρακα, η αύξηση αυτή ήταν 31% την περίοδο 1998. Τα τρία τέταρτα της ανθρωπογενούς παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα, οφείλεται σε χρήση ορυκτών καυσίμων, ενώ το υπόλοιπο μέρος προέρχεται από αλλαγές που συντελούνται στο έδαφος, κυρίως μέσω της αποδάσωσης.

Κεφάλαιο 1 Τι είναι το Φαινόμενο του Θερμοκηπίου

Φαινόμενο του Θερμοκηπίου ονομάζεται η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινο βολίας που εκπέμπει ο ήλιος από την ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας να αυξάνεται. Ένα μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας περνά αναλλοίωτο στην ατμόσφαιρα, φτάνει στην επιφάνεια του εδάφους και ακτινοβολείται σαν μεγάλου μήκους υπέρυθρη ακτινοβολία. Ένα μέρος αυτής απορροφάται από την ατμόσφαιρα, τη θερμαίνει και επανεκπέμπεται στην επιφάνεια του εδάφους

Το φαινόμενο αυτό, που επιτρέπει τη διέλευση της ακτινοβολίας αλλά ταυτόχρονα την εγκλωβίζει, μοίαζει με τη λειτουργία ενός θερμοκηπίου και ο Γάλλος μαθηματικός Fourier το ονόμασε το 1822 «Φαινόμενο Θερμοκηπίου». Αποτελεί μια φυσική διεργασία που εξασφαλίζει στη Γη μια θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους γύρω στους 15^οC, ενώ η θερμοκρασία θα ήταν -18^οC χωρίς αυτό. Όμως τα τελευταία χρόνια λέγοντας Φαινόμενο Θερμοκηπίου δεν αναφερόμαστε στη φυσική διεργασία, αλλά στην έξαρση αυτής, λόγω της ρύπανσης της ατμόσφαιρας από τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες

Κεφάλαιο 2 Ποιο είναι το πρόβλημα

Τα τελευταία χρόνια οι ανθρωπογενείς δραστηριότητες (βιομηχανίες, αυτοκίνητα κ.ά.) έχουν αυξήσει σημαντικά τις συγκεντρώσεις των αερίων των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας («αέρια θερμοκηπίου») με αποτέλεσμα την αύξηση της απορροφούμενης ακτινοβολίας και την επακόλουθη θερμοκρασιακή μεταβολή. Υπολογίζεται ότι η μέση θερμοκρασία της Γης έχει αυξηθεί κατά 0,5 με 0,6^οC από το 1880, λόγω της έξαρσης του φαινομένου και μέχρι το έτος 2100, εάν δεν ληφθούν μέτρα, η αύξηση της θερμοκρασίας θα είναι από 1,5 έως 4,5^οC.
Τα «αέρια του θερμοκηπίου» είναι περίπου 20 και έχουν όγκο μικρότερο από 1% του συνολικού όγκου της ατμόσφαιρας. Τα σημαντικότερα είναι οι υδρατμοί (H₂O), το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), το μεθάνιο (CH₄), το υποξείδιο του αζώτου (N₂O), οι χλωροφθοράνθρακες και το τροποσφαιρικό όζον (O₃). Κάθε μεταβολή στις συγκεντρώσεις αυτών των αεριών, διαταράσσει το ενεργειακό ισοζύγιο, προκαλεί μεταβολή της θερμοκρασίας και ως εκ τούτου κλιματικές αλλαγές. Οι υδρατμοί, αν και απορροφούν το 65% της υπέρυθρης ακτινοβολίας, δεν φαίνεται να έχουν επηρεαστεί άμεσα από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Αντίθετα, οι συγκεντρώσεις των υπόλοιπων αερίων έχουν μεταβληθεί σημαντικά με σημαντικότερη τη μεταβολή του CO₂, καθώς αποτελεί αέριο που διαφεύγει στην ατμόσφαιρα με την καύση του πετρελαίου, του κάρβουνου και άλλων ορυκτών καυσίμων. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες όχι μόνο εκπέμπουν υψηλές συγκεντρώσεις CO₂ στην ατμόσφαιρα, αλλά βλάπτουν και την ικανότητα της γης να απορροφά το CO₂ και να το ενσωματώνει στους φυσικούς κύκλους ροής ενέργειας και ύλης, με την καταστροφή των δασών και του φυτοπλαγκτού των ωκεανών. Το πλαγκτόν αποτελεί τον κύριο «απορροφητή» CO₂ του πλανήτη, καθώς πρόκειται για φυτικού οργανισμούς που χρησιμοποιούν το CO₂κατά τη φωτοσύνθεση.

Κεφάλαιο 3 Οι ακτινοβολίες

Η Γή, όπως είναι γνωστό, περιβάλλεται από την ατμόσφαιρά της, εξασφαλίζει δε τις ενεργειακές της ανάγκες από τον ζωοδότη Ήλιο, ο οποίος και την ακτινοβολεί συνεχώς. Μέρος αυτής της ακτινοβολίας κατακρατείται από την Γή ενώ το υπόλοιπο επιστρέφει στο διάστημα. Όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα μόνο το 51% της ηλιακής ακτινοβολίας απορροφάται από την επιφάνεια της Γής και χρησιμοποιείται για την θέρμανση της επιφάνειας και της χαμηλότερης ατμόσφαιρας, για την τήξη των πάγων ή του χιονιού, την εξάτμιση των υδάτων και την πρόκληση της φωτοσυνθέσεως στα φυτά. Από το υπόλοιπο 49%, το 4% ανακλάται από την επιφάνεια και επιστρέφει προς το διάστημα, το 26 % ανακλάται πίσω από τά νέφη και τά σωματίδια της ατμόσφαιρας και το 19 % απορροφάται από τά ατμοσφαιρικά αέρια, σωματίδια και νέφη.

Η θέρμανση της Γής την μετατρέπει σε πομπό ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος (υπέρυθρη), αφού, σύμφωνα με τον νόμο Stefan-Boltzman κάθε σώμα εκπέμπει ακτινοβολία ανάλογη με την θερμοκρασία πού βρίσκεται. Από αυτή την ακτινοβολία ένα μέρος διαφεύγει στο διάστημα, ενώ το μεγαλύτερο μέρος απορροφάται από τά λεγόμενα αέρια θερμοκηπίου της ατμόσφαιρας, τά οποία έχουν φυσική προέλευση. Τά αέρια αυτά θερμαινόμενα αρχίζουν και αυτά να εκπέμπουν προς κάθε κατεύθυνση υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά το 90% οδηγείται στο έδαφος, το οποίο θερμαίνεται περαιτέρω, ενισχύεται η υπέρυθρη ακτινοβολία του και το φαινόμενο επαναλαμβάνεται αενάως. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ακριβώς αυτή τη διεργασία.

Κεφάλαιο 4 Το φαινόμενο

Μιλώντας με ενεργειακούς όρους και συνοψίζοντας τά παραπάνω άς δούμε το ισοζύγιο ακτινοβολίας για το σύστημα Γής-Ατμόσφαιρας σέ παγκόσμια καί ετήσια βάση, πού έχει ως εξής:

α) Εισερχόμενη στό σύστημα ηλιακή ακτινοβολία κυρίως μικρού μήκους κύματος, πού αντιστοιχεί σέ 236 W/m-2 .

β) Εκπεμπόμενη από τήν γήινη επιφάνεια ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος, πού αντιστοιχεί σέ 390 W/m-2.

Η αρχή διατήρησης της ενέργειας επιβάλλει ώστε η ακτινοβολία πού εγκαταλείπει τό σύστημα νά αντιστοιχεί σέ 236 W/m-2. Έτσι ενώ η ακτινοβολία πού εκπέμπεται από τήν γήινη επιφάνεια αντιστοιχεί σέ 390 W/m-2 η παρεμβολή τής ατμόσφαιρας τήν μειώνει σέ 236 W/m-2. Αυτή η μείωση τής μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας αναφέρεται σάν φαινόμενο θερμοκηπίου και οφείλεται στα αέρια της ατμόσφαιρας. Ειδικότερα το 90% τής κατακρατούμενης από τήν ατμόσφαιρα γήινης ακτινοβολίας οφείλεται στήν ύπαρξη των υδρατμών, τού διοξειδίου τού άνθρακος καί τών νεφών μέ ενεργότερο συστατικό τούς υδρατμούς. Τό υπόλοιπο 10% τής κατακράτησης οφείλεται στό όζον, τό μεθάνιο καί τό υποξείδιο τού αζώτου. Τά αέρια αυτά απορροφούν την εκπεμπόμενη από την Γή ακτινοβολία και την επανεκπέμπουν στο διάστημα. Επειδή όμως στην τροπόσφαιρα, πού αποτελεί το χαμηλότερο αλλά και πυκνότερο στρώμα της ατμόσφαιρας, η θερμοκρασία ελαττώνεται με το ύψος, η απορρόφηση γίνεται από τά κατώτερα και θερμότερα στρώματα, τά οποία την εκπέμπουν σε ανώτερα και ψυχρότερα. Εξ αιτίας αυτού τά αέρια αυτά εκπέμπουν τελικά προς το διάστημα μικρότερη ακτινοβολία από αυτή πού δέχονται από την γήινη επιφάνεια. Έτσι κατακρατούν μέρος αυτής της ακτινοβολίας και αυτό ακριβώς συνιστά το φαινόμενο θερμοκηπίου. Ο όρος καθιερώθηκε από τις αρχές του 19ου αιώνα, αλλά από τά μέσα της δεκαετίας του 1950 συνδέθηκε με τις κλιματικές αλλαγές και την παγκόσμια θέρμανση.

Ακριβώς το όνομά του το φαινόμενο αυτό το πήρε από τά θερμοκήπια των φυτών όπου πάλι οι καλλιέργειες καλύπτονται με υλικό πού επιτρέπει μέν την είσοδο της μικρού μήκους κύματος ηλιακής ακτινοβολίας, αποτρέπει όμως την διαφυγή της μεγάλου μήκους κύματος γήινης ακτινοβολίας. Η ενέργεια των ακτινοβολιών αυτών εγκλωβίζεται στο χώρο του θερμοκηπίου, με αποτέλεσμα την θέρμανση του αέρα και την επίτευξη συνθηκών ταχείας και πρόωρης αναπτύξεως των φυτών. Στην παρακάτω εικόνα φαίνονται αρκετά παραστατικά η επιπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και η τύχη της σε σχέση μέ το στρώμα του διοξειδίου του άνθρακος, το οποίο αποτελεί σημαντικό ρύπο ανθρωπογενούς προέλευσης, προϊόν καύσεως σε αυτοκίνητα και βιομηχανίες. Στήν διπλανή της φαίνεται τό μόριο τού διοξειδίου, αποτελούμενο από ένα άτομο άνθρακα καί δύο άτομα οξυγόνου, καί πώς συμπεριφέρεται όταν πέφτει πάνω του υπέρυθρη ακτινοβολία.

Επιστροφή