Den drivhuseffekten er en naturlig proces, der resulterer fra påvirkning af atmosfæren på de forskellige varmestrømme bidrager til jorden temperaturer af en planet . Det er nødvendigt at tage denne mekanisme i betragtning for at forklare temperaturerne observeret på overfladen af jorden og Venus . I solsystemet kommer det meste af den termiske energi, som en planet modtager fra solstråling, og i fravær af en atmosfære udstråler en planet ideelt som en sort krop , en atmosfære på en planet absorberer og reflekterer noget af denne stråling og ændrer således den termiske balance. Atmosfæren isolerer således Jorden fra rumvakuumet som et drivhus isolerer planter fra den udvendige luft.
Brugen af udtrykket drivhuseffekt har spredt sig som en del af populariseringen af global opvarmning forårsaget af drivhusgasser, der blokerer og reflekterer en del af den termiske stråling . Imidlertid forklares varmebalancen i et drivhus hovedsageligt ved en analyse af konvektion og ikke af stråling: varme akkumuleres inde i drivhuset, fordi væggene blokerer for konvektiv udveksling mellem det indre og det ydre. Også det videnskabelige udtryk, der bruges af klimatologers samfund til at beskrive indflydelsen af drivhusgasser, komponenter af atmosfæren, der blokerer infrarød stråling, på Jordens varmebalance, er strålende .
Terrestriske temperaturer resulterer af komplekse vekselvirkninger mellem sol bidrag forstyrret ved cyklusser Jordens bane, den albedo effekten af atmosfæren, konvektionsstrømme i atmosfæren og oceanerne , vandkredsløbet og strålingspåvirkning af atmosfæren i særdeleshed.
I 1780'erne , Horace-Bénédict de Saussure målte termiske virkninger af solens stråling under anvendelse af transparente kasser at han tilføjet i dalen og på toppen af et bjerg.
I 1824 , Joseph Fourier offentliggjort Generelle bemærkninger om temperaturerne i jordkloden og af den planetariske rum , hvor han raffinerede analysen af eksperimenter af Horace-Bénédict de Saussure ved at indgå ”den temperatur på jorden er steget med indskydning af den atmosfære, fordi sol varme finder færre forhindringer til at gennemtrænge luften , bliver i staten lys , end den konstaterer at passere gennem luften , når det omdannes til mørk varme " .
I 1857 , Eunice Newton Foote offentliggjort Omstændigheder, der påvirker varmen om solens stråler i The American Journal of Science and Arts . Hun beskriver et eksperiment, hvor hun måler den indre temperatur i glasflasker, udsat for solen og fyldt med forskellige gasblandinger. Hun opdager, at kuldioxid holder varmen særligt godt og konkluderer, at "en atmosfære, der består af denne gas, ville give vores jord en høj temperatur". Glemt, hans videnskabelige bidrag blev genopdaget i 2011 .
I 1861 , John Tyndall gengæld identificeret hovedansvarlig for denne mekanisme: vanddamp og kuldioxid . Han foreslår derefter, at en ændring i atmosfærens sammensætning kan have indflydelse på klimaudviklingen .
I 1896 , Svante August Arrhenius foreslog det første estimat af virkningen af niveauet af kuldioxid på Jordens temperaturer. Han vurderer, at en fordobling af mængden af kuldioxid bør øge den gennemsnitlige temperatur med 4 ° C. Han håber således, at udnyttelsen af kul vil gøre det muligt at overvinde den næste istid på grund af jordens bane. Den amerikanske geolog Thomas Chrowder Chamberlin kom uafhængigt til de samme konklusioner.
I 1909 viste Robert Williams Wood , at i modsætning til almindelig tro er blokering af infrarød stråling af glas ikke den vigtigste mekanisme, der forklarer driften af et drivhus. Derfor er det videnskabelige udtryk, der blev vedtaget af IPCC , brugt til at beskrive indflydelsen af komponenter i atmosfæren, der blokerer infrarød stråling på Jordens varmebalance, strålende og ikke drivhuseffekt.
Det syntetiske udtryk drivhuseffekt kommer fra populariseringen i de tidlige 1980'ere af de alarmerende resultater af klimatologisk forskning. Mens klimatologer analyserer indvirkningen af kuldioxid på klimaet uden at tale om drivhuseffekten, udsendes de første advarsler om at påvirke politiske beslutninger i begyndelsen af 1980'erne ved hjælp af dette udtryk, der senere bruges i rapporter. I stigende grad offentliggjort, såsom Brundtland-rapporten ( 1987) ). I Frankrig har Jean-Marc Jancovici og Hervé Le Treut populariseret de risici, der er forbundet med drivhuseffekten siden 1980'erne .
I modsætning til almindelig opfattelse, og som navnet antyder, er drivhuseffekten, der er underforstået af mekanismen knyttet til absorption og emission af termisk stråling fra glasset, ikke afgørende for, at et drivhus fungerer. I 1909 afviste Robert Williams Wood eksperimentelt denne forklaring. Ved at erstatte glasset, der dækker et drivhus med halit , et materiale, der er helt transparent for infrarødt, måler Robert Wood en lignende temperaturstigning i begge tilfælde. Også temperaturstigningen i et drivhus kan ikke forklares ved, at glasset reflekterer infrarødt. Udtrykket ”drivhuseffekt” er ikke desto mindre bevaret i den nuværende anvendelse. Men det videnskabelige udtryk, der bruges af det videnskabelige samfund til at beskrive indflydelsen af komponenter i atmosfæren, der blokerer infrarød stråling på Jordens varmebalance, er strålende tvang .
Driften af et drivhus forklares hovedsageligt af en analyse af konvektion og ikke af stråling : varme akkumuleres inde i drivhuset, fordi væggene blokerer for konvektiv udveksling mellem det indre og det ydre.
Når solens stråler når Jordens atmosfære , nogle (ca. 30%) er direkte afspejlet , der er sendt tilbage til rummet, ved luft , hvide skyer og den klare overflade Jorden ( vi naturligvis tænke på hvide og isglatte regioner som Arktis og Antarktis , men deres rolle bør ikke overvurderes: deres position på polerne betyder, at de får lidt solenergi ); den albedo er et mål for denne effekt spejl. Hændelsesstråler, der ikke er reflekteret tilbage til rummet, absorberes af atmosfæren (20,7%) og jordens overflade (51%).
Denne sidste del af strålingen absorberet af jordoverfladen bringer varme til den, som den igen frigiver dag og nat mod atmosfæren. Overførslen af varme mellem jorden og atmosfæren finder sted i overensstemmelse med det andet princip for termodynamik fra varmt (jorden) til koldt (atmosfæren); det finder sted ved konvektion (opvarmning og befugtning af luften i kontakt med jorden, derefter opstigning af denne luft og frigivelse af den latente varme fra vanddampen, når den kondenserer i skyer ) og i form af langt infrarød stråling ( hovedsagelig i område 8 - 13 μm svarende til " sort kropsstråling " for jordtemperatur). Drivhuseffekten vedrører kun denne stråling, som delvist absorberes af drivhusgasser , hvilket bidrager til opvarmning af atmosfæren. Så i et tredje trin udsendes denne varme indeholdt i atmosfæren igen i alle retninger; en del flygter mod rummet, men en anden del vender tilbage til Jorden og kommer i fradrag af overfladens varme til atmosfæren og modsætter sig således afkøling af overfladen. Det skal bemærkes, at den overskydende varme genereret af menneskelige aktiviteter via drivhuseffekten absorberes af havet på 93%, hvilket dæmper stigningen i temperaturen i atmosfæren. Det globale hav spiller derfor en rolle som planettermostat og styring af de store planetariske naturlige balancer.
Uden drivhuseffekten (hvilket navnlig indebærer: uden vanddamp og sky-fri), og konstant albedo, ville den gennemsnitlige temperatur på Jorden falde til -18 ° C . Men ved denne temperatur ville isen spredes over kloden, den jordbaserede albedo ville stige, og temperaturen ville sandsynligvis stabilisere sig under −50 ° C (se Varanger-istid ).
De drivhusgasser er komponenter gas fra atmosfæren , der bidrager til drivhuseffekten (i betragtning af at luften har andre ikke-gasformige komponenter, der bidrager til drivhuseffekten, som dråber vand skyer på Jorden). Disse gasser har det fælles træk ved at absorbere en del af de infrarøde stråler, der udsendes af jordens overflade.
De vigtigste drivhusgasser er vanddamp , kuldioxid (CO 2), Methan (CH 4), Dinitrogenoxid (eller dinitrogenoxid, med formlen N 2 O) og ozon (O 3). Industrielle drivhusgasser inkluderer tunge halogencarboner ( chlorerede fluorcarboner inklusive CFC'er , HCFC-22-molekyler som freon og perfluormethan ) og svovlhexafluorid (SF 6).
Omtrentlige bidrag til drivhuseffekten af hovedgasserne ifølge IPCC:
De fleste drivhusgasser er af naturlig oprindelse. Men nogle af dem skyldes kun menneskelig aktivitet, eller deres koncentration i atmosfæren stiger på grund af denne aktivitet. Dette er især tilfældet med ozon (O 3), kuldioxid (CO 2) og methan (CH 4). Bevis for, at stigningen i CO 2atmosfærisk er af menneskelig oprindelse udføres ved isotopanalyse . På den anden side bidrager denne sidste gas, der frigives til atmosfæren, kun 40% til den yderligere drivhuseffekt, der skyldes menneskelig aktivitet.
Fordeling af menneskeskabte drivhusgasser (på grund af menneskelige aktiviteter):
Efternavn | Formel | Bidrag til drivhuseffekten (ekskl. H2O) | C ækvivalentO 2 | Livstid |
Carbondioxid | CO 2 | 76,7% | 1 × | 100 år |
Metan | VSH 4 | 14,3% | 20 × | 12 år |
Nitrogenoxid | N 2 O | 7,9% | 200 × | 5.000 år |
Svovlhexafluorid | SF 6 | 1,1% | 2.000 × | 50.000 år |
Ozon leveres i store mængder af menneskelig industriel aktivitet, mens CFC'er, som stadig er meget udbredt, ødelægger ozon , hvilket betyder, at et dobbelt fænomen kan observeres :
Forbrænding af fossile kulstoffer som kul , brunkul , råolie eller naturgas ( metan ) frigiver CO 2i store mængder i atmosfæren : den atmosfæriske koncentration af kuldioxid er således steget med 120 ppm fra den præindustrielle værdi på 280 til 400 ppm i dag. En af de aktivitetssektorer, der udsender mest drivhusgasser, er energi : om dette emne, se artiklen om energi og drivhuseffekt . Disse brændstoffer øger også koncentrationen af drivhusgasser, fordi de var blevet begravet i jorden i tusinder af år, hvilket forstyrrede balancen. Dette er en yderligere tilsætning af kuldioxid til atmosfæren, som heller ikke fuldt ud modregnes af en tilstrækkelig stor absorption: kun halvdelen af den ville blive genanvendt af naturen ; den anden halvdel ville forblive i atmosfæren og øge drivhuseffekten.
Den anden årsag til drivhusgasemissioner er skovrydning , som alene er ansvarlig for 20% af de globale emissioner . Den mest markante skovrydning bekymringer de tre store tropiske skove: den Amazon regnskoven , den Congo Basin Forest , og den indonesiske skov . Dette er en af de største årsager, fordi alt kulstof, der absorberes af disse træer, frigives tilbage i luften. Hvis der genplantes, ville denne mængde kuldioxid blive genoptaget af et andet træ, men uden genplantning er der kun en tilsætning af mængden af denne gas i luften.
Menneskelige aktiviteter frigiver derfor en overflod af drivhusgasser: IPCC- forskere, der studerer klimaet, mener , at stigningen i niveauerne af gasser af menneskeskabt oprindelse er årsagen til global opvarmning .
I Frankrig, i overensstemmelse med den faktor 4 -gruppe , 26% af drivhusgasemissionerne kommer fra transport , efterfulgt af industrien (22%), landbrug (19%), bygninger og boliger (19%).), Energi produktion og transformation (13 %) og affaldsbehandling (3%). Siden 1990 er emissionerne steget med mere end 20% til transport og bygninger. På den anden side faldt de med 22% i industrien , med 10% i landbrugssektoren, med 9% i energisektoren og med 8% til affaldsbehandling .
Som en del af reduktionen af drivhusgasemissioner genereret af biltrafik har en undersøgelse foretaget for PREDIT vist indflydelsen af parkeringspolitikker på mulighederne for at begrænse produktionen af drivhusgasser. Fremgangsmåden vedrører emissioner i forbindelse med opførelse af parkeringspladser, drift af parkeringspladser og frem for alt til mobiliteten, der fremkaldes af parkeringstilbudet.
I værste fald frygter vi udløsningen af en "snebold" -effekt ( positiv feedback ), hvor opvarmning vil føre til yderligere opvarmning via isens forsvinden (reduktion af albedo ) og især frigivelsen af naturlige bestand af. GHG'er, der i øjeblikket er rettet med permafrost. , marine metanhydrater eller endog biomasse .
Hvis dette sker, og reaktionerne slutproduktet efter en stor temperaturstigning, kaldes det en løbende drivhuseffekt ( løbende drivhuseffekt på engelsk).
Ifølge den hypotese clathrat pistol ( clathrat pistol hypotese på engelsk), en løbsk drivhuseffekt kunne være forårsaget af frigivelsen af metan fra clathrater (methanhydrater som linje havbunden) følgende af den globale opvarmning . Det antages, at den massive udryddelse af arter under Perm-Trias var forårsaget af en sådan løb. Det anslås også, at der kan frigøres store mængder metan fra den sibiriske tundra, der begynder at tø op , da metan er 21 gange mere potent som en drivhusgas end kuldioxid.
En sådan hypotese forbliver dog yderst usandsynlig: nylige undersøgelser har faktisk bevist, at havbunnsmetanhydratet var stabilt, og at det indeholdt i permafrosten havde ringe chance for at undslippe .
Drivhuseffekten er ikke i sig selv skadelig for økosystemer ; uden den ville Jorden være en iskugle, hvor livet ikke ville være muligt, fordi der ikke ville være noget flydende vand. Faren for økosystemer ligger snarere i den for hurtige og for store variation af klimaforhold for de fleste såkaldte udviklede arter til at kunne tilpasse sig ændringer i temperatur og nedbør. Marine og kystnære økosystemer kunne også blive påvirket af en stigning i havniveauet , af modifikationen af havstrømme og af de fysisk-kemiske egenskaber ved havvand (surhedsgrad, hastighed af opløst gas osv.).
Menneskelige befolkninger vil naturligvis blive påvirket af global opvarmning, stigningen i havniveauet fører til forsvinden af store metropoler og store dele af lande. Derudover hjælper stigende temperaturer til spredning af insekter, der spreder smitsomme sygdomme, som overlever bedre i varme, fugtige omgivelser.
IPCC forudser, ifølge scenarierne, stigninger på 1,5 ° C til 6 ° C i det næste århundrede, forudsat at stigningen i drivhusgasemissioner fortsætter med hastigheden i de sidste 20 år. I stedet for en generel afmatning i emissionerne siden undertegnelsen af Kyoto-protokollen fortsatte de med at stige med en stigende hastighed i 2018. Et totalt og øjeblikkeligt ophør af kulstofemissioner vil dog ikke forhindre planetens gennemsnitstemperatur i at fortsætte med at stige i flere hundrede år, fordi nogle drivhusgasser forsvinder kun meget langsomt fra atmosfæren.
På Venus, drivhuseffekten temperaturen blev hævet til over 460 ° C . En undersøgelse hævder, at denne effekt ikke skyldes kuldioxid, der udgør 96% af atmosfæren, men bestanddele i meget små relative mængder såsom SO 2og H 2 O. Faktisk i det infrarøde område svarende til den maksimale varmeemission for et legeme ved temperaturen på overfladen og den nedre atmosfære af Venus, CO 2har meget brede transmissionsvinduer, der ikke effektivt kan fange infrarød stråling. På den anden side har SO 2og H 2 Oabsorbere stråling i dette bølgelængdeområde, ligesom de fine svovlsyrepartikler, der udgør skyer. Venus, der er tættere på solen (72,3%) end Jorden, modtager således næsten dobbelt (191%) af den solenergi, den modtager.
Andre undersøgelser modsiger dog dette punkt og fremhæver CO 2 's væsentlige rolle i den venusianske drivhuseffekt.
Den atmosfære af Mars indeholder en stor andel af CO 2alligevel er planetens atmosfære for tynd til at have en betydelig indflydelse på temperaturen (estimeret til mindre end + 5,5 ° C). CO 2udgør ca. 96 volumenprocent (og næsten lige så meget) af Mars-atmosfæren, er dens partialtryk omtrent lig med det samlede atmosfæriske tryk på 600 Pa , mens dette partialtryk på jorden er ca. 40 Pa . På jorden, molfraktionen af CO 2 i luft er kun 0,04 volumenprocent (0,06 masseprocent).
Drivhuseffekten og den globale opvarmning, den fremkalder, forveksles ofte med ændringen af ozonlaget . Dette er dog to meget forskellige fænomener, det første vedrører fastholdelse i atmosfæren af infrarøde stråler (med andre ord varme); det andet vedrører stigningen i atmosfærens gennemsigtighed for ultraviolette stråler . Hvis de vigtigste årsager til forringelsen af ozonlaget, nemlig CFC (klorfluorcarboner, forbudt i industrielle lande siden 1989), også er drivhusgasser, er det modsatte ikke tilfældet.: Drivhusgasser som kuldioxid og metan har ingen indvirkning på ozonlaget.