Effet de serre

Une représentation des échanges d'énergie entre la source (le Soleil ), la surface de la Terre, l' atmosphère de la Terre , et l'évier ultime cosmos. La capacité de l'atmosphère pour capter et recycler l'énergie émise par la surface de la Terre est la caractéristique déterminante de l'effet de serre.

L'effet de serre est un processus par lequel le rayonnement thermique d'une surface planétaire est absorbée par l'atmosphère des gaz à effet de serre , et est re-rayonnée dans toutes les directions. Comme une partie de ce rayonnement est re-direction de la surface arrière, l'énergie est transférée à la surface et la basse atmosphère. En conséquence, la température y est supérieur à ce qu'il serait si un chauffage direct par le rayonnement solaire était le seul mécanisme de chauffage.

Ce mécanisme est fondamentalement différent de celui d'un véritable effet de serre, qui travaille en isolant l'air chaud à l'intérieur de la structure afin que la chaleur ne est pas perdu par convection.

L'effet de serre a été découvert par Joseph Fourier en 1824, d'abord de manière fiable expérimenté par John Tyndall en 1858, et le premier rapporté quantitativement par Svante Arrhenius en 1896.

Si un idéal thermiquement conducteur noir était la même distance du Soleil que la Terre est, il faudrait une température d'environ 5,3 ° C. Cependant, comme la Terre réfléchit environ 30% (ou 28%) de la lumière solaire, de la planète température effective (la température d'un corps noir qui émettent la même quantité de rayonnement) est d'environ -18 ou -19 ° C, environ 33 ° C en dessous de la température de surface réelle de l'ordre de 14 ° C ou 15 ° C. Le mécanisme qui produit cette différence entre la température de surface réelle et la température effective est due à l'atmosphère et est connu comme l'effet de serre.

Le réchauffement climatique , un réchauffement récent de la surface de la Terre et la basse atmosphère, est considéré comme le résultat d'un renforcement de l'effet de serre principalement due à l'augmentation des droits produite dans l'effet de serre atmosphériques.

Mécanisme de base

La Terre reçoit de l'énergie du Soleil sous la forme de lumière visible. Cette lumière est absorbée à la surface de la Terre, et re-rayonnée sous forme de rayonnement thermique. Une partie de ce rayonnement thermique est absorbée par l'atmosphère, et re-rayonnée vers le haut et vers le bas; qui irradiait la baisse est absorbée par la surface de la Terre. Ainsi, la présence des résultats de l'atmosphère dans la surface de réception de rayonnement plus que ce qu'il était absent dans l'atmosphère; et il ne est donc plus chaud que ne le serait autrement.

Cette image très simplifiée du mécanisme de base doit être nuancée dans un certain nombre de façons, dont aucun ne affectent le processus fondamental.

Le rayonnement solaire spectre de la lumière directe à la fois au sommet de l'atmosphère de la Terre et au niveau de la mer

• Le rayonnement entrant du Soleil est principalement sous la forme de lumière et de proximité longueurs d'onde visibles, en grande partie dans la gamme de 0,2 à 4 pm, correspondant à la température radiative du Soleil de 6000 K. Près de la moitié du rayonnement est dans la forme de lumière "visible" , que nos yeux sont adaptés à utiliser.
• Environ 50% de l'énergie du soleil est absorbée à la surface de la Terre et le reste est réfléchie ou absorbée par l'atmosphère. La réflexion de la lumière dans l'espace-en grande partie par les nuages-ne affecte pas beaucoup le mécanisme de base; cette lumière, effectivement, est perdu pour le système.
• L'énergie absorbée réchauffe la surface. Présentations simples de l'effet de serre, tels que le modèle idéalisé à effet de serre, montrent cette chaleur sont perdues en rayonnement thermique. La réalité est plus complexe: l'atmosphère près de la surface est en grande partie opaque au rayonnement thermique (avec des exceptions importantes pour "fenêtre" bandes), et la perte de plus de la surface de la chaleur est par chaleur sensible et latente transport de chaleur. Pertes d'énergie radiative deviennent de plus en plus importante dans l'atmosphère supérieur en grande partie à cause de la diminution de concentration de vapeur d'eau, un gaz à effet de serre importante. Il est plus réaliste de penser à l'effet de serre comme se appliquant à une «surface» dans le milieu troposphère, qui est effectivement couplé à la surface par un taux lapse.
• Dans la région où les effets radiatifs sont importants à la description donnée par le modèle à effet de serre idéalisé devient réaliste: La surface de la Terre, chauffé à une température d'environ 255 K, rayonne grande longueur d'onde, chaleur infrarouge dans la gamme 4-100 um. A ces longueurs d'onde, l'effet de serre qui ont été largement transparent au rayonnement solaire incident sont plus absorbants. Chaque couche de l'atmosphère avec les gaz serres absorbe une partie de la chaleur est rayonnée vers le haut à partir des couches inférieures. Pour maintenir son propre équilibre, il re-rayonne la chaleur absorbée dans toutes les directions, à la fois vers le haut et vers le bas. Il en résulte plus de chaleur ci-dessous, tout en rayonnant suffisamment de chaleur retourner dans l'espace profond dans les couches supérieures de maintenir globale équilibre thermique. L'augmentation de la concentration de gaz augmente la quantité d'absorption et ré-irradiation, et de ce fait d'autres réchauffe les couches et, finalement, la surface ci-dessous.
• Effet de serre, y compris la plupart des gaz diatomiques avec deux atomes différents (tels que le monoxyde de carbone, CO) et tous les gaz ayant trois ou plusieurs atomes-sont capables d'absorber et émettre un rayonnement infrarouge. Bien que plus de 99% de l'atmosphère sèche est transparente IR (parce que les principaux constituants-N _2, O ₂ et Ar-ne sont pas en mesure d'absorber directement ou émettre un rayonnement infrarouge), les collisions intermoléculaires provoquent l'énergie absorbée et émise par la serre gaz à partager avec les autres, non-IR-actifs, des gaz.
• L'image simple assume équilibre. Dans le monde réel, il ya la cycle diurne ainsi que les cycles saisonniers et la météo. Chauffage solaire se applique uniquement pendant la journée. Pendant la nuit, l'atmosphère se refroidit un peu, mais pas beaucoup, parce que son émissivité est faible, et pendant la journée l'atmosphère se réchauffe. Les variations de température diurne diminuent en hauteur dans l'atmosphère.

gaz à effet de serre

Par leur contribution en pourcentage l'effet de serre sur la Terre les quatre principaux gaz sont:

• la vapeur d'eau , 36 à 70%
• le dioxyde de carbone , de 9 à 26%
• méthane , 4-9%
• ozone , 3-7%

Le principal contributeur non-gaz à l'effet de serre de la Terre, nuages, aussi absorbent et émettent un rayonnement infrarouge et donc avoir un effet sur les propriétés radiatives de l'atmosphère.

Rôle dans le changement climatique

Le Courbe de Keeling de CO ₂ dans l'atmosphère des concentrations mesurées à Mauna Loa Observatory.

Renforcement de l'effet de serre par les activités humaines est connu comme le renforcement (ou anthropique) de l'effet de serre. Cette augmentation de la forçage radiatif de l'activité humaine est principalement attribuable à l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

CO ₂ est produit par la combustion de combustibles fossiles et d'autres activités telles que la production de ciment et la déforestation tropicale. Les mesures de CO ₂ de l'observatoire spectacle Mauna Loa que les concentrations ont augmenté d'environ 313 ppm en 1960 à environ 389 ppm en 2010. Le montant observée actuelle de CO ₂ dépasse les maxima géologique record (~ 300 ppm) à partir des données des carottes de glace. L'effet de dioxyde de carbone produites par la combustion sur le climat mondial, un cas particulier de l'effet de serre décrite pour la première en 1896 par Svante Arrhenius, a également été appelé Effet Callendar.

Parce que ce est un gaz à effet de serre, CO ₂ élevé niveaux contribuent à supplémentaire absorption et émission de infrarouge thermique dans l'atmosphère, qui produisent le réchauffement net. Selon le dernier rapport d'évaluation de la Groupe d'experts intergouvernemental sur le changement climatique, «la plupart de l'augmentation observée des températures à l'échelle mondiale en moyenne depuis le milieu du 20e siècle est très probablement dû à l'augmentation observée des concentrations de gaz à effet de serre anthropiques".

Au cours des 800.000 dernières années, les données des carottes de glace montre sans ambiguïté que le dioxyde de carbone a varié de valeurs aussi basses que 180 parties par million (ppm) à l'échelle pré-industrielle de 270ppm. Paléoclimatologues considèrent variations de dioxyde de carbone d'être un facteur fondamental dans la lutte contre les variations climatiques au cours de cette échelle de temps.

Véritables serres

Un moderne Effet de serre dans RHS Wisley

L '«effet de serre» est nommé par analogie aux serres. L'effet de serre et un véritable effet de serre sont similaires en ce qu'elles limitent la vitesse de l'énergie thermique se écoulant hors du système, mais les mécanismes par lesquels la chaleur est conservée sont différents. Une serre travaille principalement en empêchant la chaleur absorbée de quitter la structure par convection, soit sensée transport de chaleur. L'effet de serre réchauffe la terre, car l'effet de serre absorbent l'énergie radiative sortant et ré-émettent certains de revenir vers la terre.

Une serre est construite en tout matériau qui transmet la lumière du soleil, généralement en verre ou en matière plastique. Il chauffe principalement parce que le soleil réchauffe le sol à l'intérieur, qui réchauffe alors l'air dans la serre. L'air continue de chauffer, car il est confiné à l'intérieur de la serre, à la différence de l'environnement extérieur de la serre où l'air chaud près de la surface se élève et se mélange avec l'air plus froid en altitude. Ceci peut être démontré en ouvrant une petite fenêtre près du toit d'une serre: la température va baisser considérablement. Il a également été démontré expérimentalement ( RW Wood, 1909) qu'un "effet de serre" avec une couverture de sel gemme (qui est transparent au rayonnement infrarouge) se échauffe une enceinte similaire à une avec un couvercle en verre. Ainsi serres travaillent principalement en empêchant refroidissement par convection.

Dans l'effet de serre, plutôt que de retenir la chaleur (sensible) en empêchant physiquement le mouvement de l'air, effet de serre agissent pour réchauffer la Terre par redirigeant une partie de l'énergie vers la surface. Ce processus peut exister dans de véritables serres, mais est relativement peu importante il.

Des organismes autres que la Terre

Dans notre système solaire, Mars , Vénus et la Lune Titan présentent aussi des effets à effet de serre. Titan a une effet anti-effet de serre, en ce que son atmosphère absorbe le rayonnement solaire, mais est relativement transparent au rayonnement infrarouge. Pluton présente également superficiellement comportement similaire à l'effet anti-effet de serre.

Un effet de serre d'emballement se produit si rétroactions positives conduisent à l'évaporation de tous les GES dans l'atmosphère. Un dioxyde de carbone et la vapeur d'eau effet de serre d'emballement impliquant est censé s'être produit sur Venus .

Littérature

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• Businger, Joost Alois; Fleagle, Robert Guthrie (1980). Une introduction à la physique atmosphérique. Série internationale de géophysique (2e éd.). San Diego: Academic. ISBN 0-12-260355-9.
• Rapports d'évaluation du GIEC, voir http://www.ipcc.ch/
• Henderson-Sellers, Ann; McGuffie, Kendal (2005). Une amorce de modélisation du climat (3e éd.). New York: Wiley. ISBN 0-470-85750-1. "Effet de serre:. L'effet de l'atmosphère dans re-rayonnement + ondes longues rayonnement à la surface de la Terre Il n'a rien à voir avec les serres, qui emprisonnent l'air chaud à la surface."
• Idso, SB (1982) de dioxyde de carbone:. Ami ou ennemi? : Une enquête sur les conséquences climatiques et agricoles de la hausse rapide teneur en CO ₂ de l'atmosphère de la Terre. Tempe, AZ: IBR Press. OCLC 63236418. "... la phraséologie est quelque peu approprié, puisque le CO ₂ ne réchauffe pas la planète d'une manière analogue à la façon dont une serre conserve son intérieur chaleureux"
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