Hur fungerar egentligen växthuseffekten?

Strålning och energi - solen och jorden

Betydelsen av strålning är mer lättbegriplig än man kan tro: energi som förflyttar sig utan stöd från andra medium. All materia (molekyler som rör sig) skapar energi och ju varmare materian är desto mer energirik blir strålningen den utsöndrar. Mer energi skapar strålning med kortare mer frekventa svängningar (våglängder) och mindre energi gör våglängderna längre.

Solen har en effektiv utstrålningstemperatur på drygt 5000 celsius vilket gör att större delen av dess strålning får en våglängd på runt 0,5 mikrometer. Den strålningen uppfattas av människor som synligt ljus. Då solens värme kan variera skapas dock strålning av våglängder som är både längre (mindre energi) och kortare (mer energi). En klar majoritet av strålning med kortare våglängder (UV-strålning och kortare) reflekteras bort och större delen av strålningen med längre våglängder tas upp av gaser i jordens atmosfär. Det gör att nästan all den strålning som når jordens yta består av synligt ljus.

Atomerna i/på jorden måste alltid skicka ut lika mycket energi/strålning som det kommer in energi från solen. Den effektiva utstrålningstemperaturen på jorden är 19,15 minusgrader, vilket producerar en strålning med en våglängd på ungefär elva mikrometer (Infraröd strålning). Den uppfattar vi människor som värme och den har betydligt mindre energi än solens synliga ljus, men är också mer utspridd.

Växthusgaser och växthuseffekten

Gaser kan både minska temperaturen genom att reflektera bort solens strålning innan den kommit till jorden, eller öka den genom att absorbera den strålning som jorden skickar ut mot rymden. Växthusgaser är ett samlingsnamn på de gaser med de absorberande uppvärmande egenskaperna. Ungefär 90% av all den infraröda strålningen från jorden tas på något sätt upp av växthusgas-molekylerna i form av rörelse, men endast en liten andel av växthusgasernas strålning skickas tillbaka mot jordens yta.

Växthusgaser gör temperaturen på jorden ca. 35 grader varmare, varav en grad är orsakad av människan. Förutom att temperaturen ökas blir den också mycket jämnare, då växthusgaser håller kvar värme under delar av dygnet då solen sprider mindre energi. Den uppvärmande och utjämnande effekt som växthusgaser har är det som kallas växthuseffekten, det är ett naturligt fenomen som inte är unikt för jorden utan sker i förmodligen hela universum.

Vanligaste växthusgaserna

Vattenånga, vatten och is

Vattenånga är den vanligaste växthusgasen och den med överlägset störst påverkan på växthuseffekten. Vattenånga bildas genom att vatten binds av luft (avdunstning). Det är i grunden en naturlig process men regeln är att varm luft binder mer vatten än kall luft. Om den genomsnittliga temperaturen ökar blir luften överlag varmare och tar upp mer vatten(ånga).

Därmed ökas mängden växthusgaser.

Vatten gör faktiskt effekterna av temperaturförändringar kraftigare åt båda hållen, eftersom vatten i fast form (snö, is och moln) reflekterar bort delar av solens strålning. Blir klimatet kallare fryser mer vatten till snö och is och luften blir kallare, mer solstrålning reflekteras bort och värmen tas upp av en mindre mängd vattenånga. Blir det varmare smälter en del av isarna (mindre reflektion av solstrålning) och mer vattenånga binds i luften (mer värme absorberas). Mer vattenånga leder dock till fler moln som har en reflekterande inverkan på solens strålar, men det kompenserar inte för effekterna av vattenånga som växthusgas.

Koldioxid och kolets kretslopp

Allt levande (på jorden) innehåller kol. Koldioxid (CO₂) skapas vid all form av förbränning från levande organismer när kolet interagerar med syret i luften. Den bryts sedan ner av växter där kolet blir en del av växternas näring i en process kallad fotosyntesen. Människans ökning av koldioxid i atmosfären sker på två olika sätt. Dels genom förbränning av kol som lagrats i marken sedan miljontals år tillbaka. Dels genom att minska växterna som kan utföra fotosyntesen.

Koldioxid är inte problematiskt därför att det är kraftigt. Vattenånga (5x starkare/molekyl/100år), metan (25x), lustgas (298x) är alla betydligt mer potenta växthusgaser som existerar naturligt. Problemet är mängderna av koldioxid. Sedan industriella revolutionen har koldioxidhalten ökat med ungefär 50%, vilket är väldigt mycket med tanke på att det är del av ett kretslopp som driver allt liv på jorden. En del av effekterna från koldioxid kommer också från bieffekter av temperaturhöjningar, exempelvis genom att luften blir varmare vilket ökar mängden vattenånga.

Illustration av växthuseffekten ur jordens och vårat perspektiv.
Bildkälla: A loose necktie, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons