Wśród gazów cieplarnianych znajdziemy dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4), tlenek azotu (N2O) i oczywiście para wodna. Gazy te występują w atmosferze od dawna. Nasza działalność spowodowała też pojawienie się nowych gazów cieplarnianych, wcześniej nieistniejących, szczególnie związków fluoru, w tym freonów. Stanowiące 99,96% atmosfery azot, tlen i argon nie pochłaniają podczerwieni i nie są gazami cieplarnianymi. Te 99,96% to masa tzw. suchej atmosfery, bez uwzględnienia pary wodnej. To bardzo szczególny gaz, który bardzo szybko dostosowuje swoją zawartość w atmosferze do innych czynników, takich jak temperatura czy ciśnienie. Kiedy powietrze zawiera zbyt dużo pary wodnej, spada deszcz i wilgotność maleje. Kiedy jest sucho, woda paruje i wilgotność rośnie – skala czasowa tego procesu jest liczona w dniach. Ilość wody, którą może pomieścić powietrze, bardzo silnie zależy od temperatury – w wysokiej temperaturze atmosfera może pomieścić dużo pary wodnej, w niskiej bardzo mało.
Poziom nasycenia powietrza parą wodną w zależności od temperatury.
Para wodna jest najliczniej występującym gazem cieplarnianym – jej zawartość w atmosferze wynosi średnio 0,4%, przy powierzchni jest jej więcej, w granicach 1-4%. Drugim pod względem ilości gazem cieplarnianym jest dwutlenek węgla, którego ilość wynosi 0,04%, pozostałe gazy występują w stężeniach śladowych. Jeśli policzyć cząsteczki gazów cieplarnianych na sztuki, to przy powierzchni ziemi 95-98% cząsteczek gazów cieplarnianych stanowi para wodna (a średnio w atmosferze około 90%).
Różne gazy cieplarniane pochłaniają podczerwień na różnych długościach fal i z różną intensywnością. Jedna cząsteczka metanu działa osiem razy silniej niż cząsteczka dwutlenku węgla, jednak ponieważ metanu jest w atmosferze znacznie mniej, całkowity jego wpływ jest mniejszy. Kiedy posortujemy gazy cieplarniane według ich wpływu, okaże się, że najważniejszymi są:
W przedstawionej tabeli znalazły się wyliczenia dla bezchmurnego nieba, uwzględnienie chmur, które z jednej strony odbijają światło słoneczne nie dopuszczając go do ziemi, a z drugiej przytrzymują podczerwień przy ziemi (to dlatego w pogodne noce robi się tak zimno), a do tego ich wpływ zależy od wysokości i rodzaju chmur, komplikuje ten obraz.
Wyliczenie względnego wpływu różnych gazów cieplarnianych nie jest banalne, bo ich pasma absorpcyjne zachodzą na siebie, stąd też w naszym zestawieniu znalazły się dwie wartości: pierwsza pokazująca, jaka część efektu cieplarnianego by znikła, gdyby usunąć z atmosfery dany gaz i druga pokazująca, jaka część efektu cieplarnianego pozostałaby, gdyby w atmosferze pozostał tylko ten gaz.
Najsilniejszym gazem cieplarnianym jest para wodna, jednak jej wpływ jest słabszy, niż wskazywałaby na to jej procentowa zawartość w atmosferze. Po pierwsze jest ona skupiona blisko powierzchni, a o efektywności ucieczki energii spod „klosza” gazów cieplarnianych najmocniej decyduje ich zawartość w wyższych warstwach atmosfery. Po drugie każda kolejna porcja gazu cieplarnianego coraz słabiej wpływa na wzrost temperatury. Dotyczy to zarówno pary wodnej, jak i dwutlenku węgla i wszystkich innych gazów cieplarnianych. Jeśli pewna ilość gazu cieplarnianego podnosi temperaturę o Tx, to do podniesienia temperatury o następne Tx potrzeba już kolejnych dwóch porcji gazu, a do podniesiena temperatury o trzecie Tx trzeba będzie wpuścić następne cztery porcje. Warto to zapamiętać, bo z punktu widzenia stabilności klimatu na nasze emisje gazów cieplarnianych to dobra wiadomość.
Następna część cyklu: Para wodna.
