Kasvihuoneilmiön voimistuminen
Vesihöyry, hiilidioksidi, metaani ja muut ilmakehän kasvihuonekaasut lämmittävät maapalloa samalla periaatteella kuin lasiseinät kasvihuonetta; sekä lasi että kasvihuonekaasut päästävät lävitseen lyhytaaltoista auringonvaloa mutta pidättävät kasvihuoneen sisältä tai maapallon pinnasta säteilevää pitkäaaltoista lämpösäteilyä.
Kasvihuoneessa lämmittävä vaikutus on sitä suurempi mitä paksumpia lasiseinät ovat. Vastaavasti kasvihuoneilmiön voimakkuus määräytyy kasvihuonekaasujen pitoisuuden perusteella.
Maapallon elämälle kasvihuoneilmiö on elintärkeä, sillä kokonaan ilman sitä planeettamme keskilämpötila olisi vain -18 celsiusastetta nykyisen +15 ºC:n sijaan. Kasvihuonekaasut
Kasvihuonekaasut imevät molekyylirakenteensa vuoksi itseensä pitkäaaltoista lämpösäteilyä mutta päästävät lävitseen lyhytaaltoista auringonvaloa. Ilmakehässä luonnostaan esiintyvistä kaasuista tällainen ominaisuus on varsinkin vesihöyryllä (H2O), hiilidioksidilla (CO2), metaanilla (CH4), dityppioksidilla (N2O) ja otsonilla (O3).
Myös osa ihmisen kehittämistä keinotekoisista kemikaaleista, kuten halogenoidut hiilivedyt, ovat kasvihuonekaasuja. Sen sijaan ilmakehän yleisimmät yhdisteet, typpikaasu (N2) ja happikaasu (O2), päästävät lämpöä lävitseen siinä missä valoakin.
Maapallon lämpötalouden kannalta merkittävin kaasuista on vesihöyry. Kasvihuoneilmiön voimistumista tarkasteltaessa vesihöyry kuitenkin yleensä sivuutetaan, koska ihmistoiminta ei suoranaisesti vaikuta veden kokonaismäärään ilmakehässä.
Eri kasvihuonekaasujen tehokkuudessa pidättää lämpösäteilyä on suuria eroja. Lisäksi kaasujen elinikä ilmakehässä vaihtelee. Kun kasvihuonekaasuja verrataan keskenään, lasketaankin yleensä kunkin aineen lämmitysvaikutus tiettynä ajanjaksona ja suhteessa hiilidioksidiin.
Kaikkein voimakkain kasvihuonekaasu on rikkiheksafluoridi (SF6). Sitä ei esiinny ilmakehässä luonnostaan, mutta yhdistettä käytetään alumiini-, sähkö- ja elektroniikkateollisuudessa. Yksi kilogramma ilmakehään joutunutta rikkiheksafluoridia lämmittää maapalloa sadan vuoden aikana yhtä paljon kuin runsaat 22 000 kiloa hiilidioksidia.
Vaikka hiilidioksidin lämmityspotentiaali on pieni, se on silti merkittävin kasvihuonekaasu, jos vesihöyryä ei lasketa. Hiilidioksidia on nimittäin ilmakehässä yli sata kertaa enemmän kuin muita kasvihuonekaasuja yhteensä.
Kasvihuonekaasujen elinaika ilmakehässä ja lämmityspotentiaali
| |
elinaika (vuosia) |
GWP 20 v. |
GWP 100 v. |
| Hiilidioksidi |
50-200
|
1
|
1
|
| Metaani |
12
|
62
|
23
|
| Dityppioksidi |
114
|
275
|
296
|
| HFC-yhdisteet |
0,3-260
|
40-9 400
|
12-12 000
|
| PFC-yhdisteet |
2 600-50 000
|
3 900-8 000
|
5 700-11 900
|
| Rikkiheksafluoridi |
3 200
|
15 100
|
22 200
|
| CFC-yhdisteet |
45-170
|
4 900-10 200
|
4 600-14 000
|
| HCFC-yhdisteet |
1,4-19
|
390-5 200
|
120-2 400
|
| Halonit |
11-65
|
3 600-7 900
|
1 300-6 900
|
Taulukkoon on merkitty tärkeimpien kasvihuonekaasujen keskimääräinen elinaika ilmakehässä sekä niiden ilmastonlämmityspotentiaali (Global Warming Potential). GWP-luku ilmaisee lämmitysvaikutuksen suhteessa hiilidioksidiin ja tarkasteluajanjaksoon. Lähde: IPCC 2001. Epäsuorasti vaikuttavat kaasut
Jotkut kaasut vaikuttavat kasvihuoneilmiöön epäsuorasti, vaikka eivät itsessään ole kasvihuonekaasuja. Tällaisia ovat esimerkiksi häkä (CO), typen oksidit (NOx) ja VOC-yhdisteet. Näitä kaikkia on erityisesti tieliikenteen päästöissä. Sopivissa olosuhteissa ne reagoivat keskenään ja muodostavat muun muassa otsonia, joka alailmakehässä on paitsi vaarallinen ilmansaaste myös kasvihuonekaasu.
Rikkidioksidikin (SO2) vaikuttaa ilmastoon – mutta sitä viilentävästi. Rikkidioksidi muodostaa ilmassa aerosoleja, jotka heijastavat auringonsäteilyä takaisin avaruuteen. Lisäksi aerosolit lisäävät pilvien muodostusta, mikä niin ikään viilentää maanpintaa.
Monilla kasvihuonekaasuillakin on epäsuoria vaikutuksia suorien lisäksi. Esimerkiksi CFC-aineet ja halonit vähentävät otsonin määrää stratosfäärissä, mikä hieman viilentää maapalloa. Palautemekanismit
Muutokset kasvihuonekaasujen pitoisuuksissa eivät vaikuta ilmastoon täysin suoraviivaisesti. Maapallon ilmastosysteemissä on lukuisia erilaisia palautemekanismeja, joista osa vahvistaa voimistuvan kasvihuoneilmiön vaikutuksia ja osa heikentää niitä. Kaikki tapahtuu lisäksi muutaman vuosikymmenen viiveellä, koska meret varastoivat lämpöä itseensä ja hidastavat siten sekä lämpenemistä että kylmenemistä.
Yksi tärkeimmistä palautemekanismeista liittyy veden haihtumiseen. Kun ilmasto lämpenee, haihdunta lisääntyy ja ilmakehään tulee aiempaa enemmän vesihöyryä. Vesihöyrykin on voimakas kasvihuonekaasu, joten kasvihuoneilmiön voimistuminen ruokkii näin itse itseään.
Voimakkaampi haihdunta lisää toisaalta myös pilvien määrää taivaalla. Pilvet varjostavat ja puolestaan viilentävät maata.
Toinen tärkeä palautemekanismi liittyy maanpinnan heijastuskykyyn eli niin kutsuttuun albedoon. Se on suuri etenkin lumella ja jäällä. Jos talvinen lumipeite alkaa sulaa aikaisemmin keväällä tai jos jäätiköiden pinta-ala pienenee, niin maapallon koko vuodelle laskettu heijastuskyky vähenee. Silloin maanpintaan imeytyy aikaisempaa enemmän auringonsäteilyä, ja ilmasto lämpenee edelleen.
Osittain tämän takia ilmastonmuutoksen odotetaan olevan voimakkaampi niillä seuduilla, joilla on talvisin lunta.
Kasvillisuus saattaa puolestaan jonkin verran jarruttaa kasvihuoneilmiön voimistumista. Hiilidioksidi toimii nimittäin kasveille lannoitteena, ja jos kasvit yhteyttävät nopeammin, hiilidioksidia sitoutuu tehokkaammin maapallon eliöstöön.
Voimistuvan kasvihuoneilmiön vaikutuksia vahvistaviin palautemekanismeihin liittyy periaatteessa mahdollisuus niin sanottuun karkaavaan kasvihuoneilmiöön, jossa itseään vahvistavat prosessit nostaisivat maapallon lämpötilaa nopeasti ja hillitsemättömästi. Tällaista kehityskulkua ei kuitenkaan nykytiedon valossa pidetä todennäköisenä.
|