Miljö och Fysik. Mikael Syväjärvi. Linköpings universitet

Transkript

1 Miljö och Fysik Mikael Syväjärvi Linköpings universitet Innehåll: Introduktion Global uppvärmning Växthusgaser Kollagring och kvävegödsling Sveriges miljömål Effekter av global uppvärmning Strålning Atmosfären Strålningsbalans Introduktion Det här materialet inriktar sig mot miljöfrågor och tar i lämpliga delar upp fysik bakom dessa. Materialet är tänkt att vara skrivet på så sätt att den som är intresserad av ämnet ska kunna ta till sig av innehållet på ett begripligt sätt. En sådan beskrivning är inte alldeles lätt när man ska försöka förklara fysiken bakom olika miljöfrågor för någon som inte läst fysikkurser, eller bara ge en översiktsbild av relevanta miljöfrågor som läsaren kan ta med sig för vidare diskussioner. Materialet kommer att ta upp mer etablerade miljöfrågor som nyttjande av naturkrafter men även diskutera teknikfrågor som berör det som kallas rena teknologier. Detta är teknologier som klassas som miljöteknologi genom att de på någon sätt bidrar till att förbättra miljön på kort eller längre sikt. Global uppvärmning Det första man troligen tänker på när man nämner ordet miljöfråga är global uppvärmning. De flesta känner nog till att global uppvärmning är en ökning av medeltemperaturen på jorden. Närmare bestämt är det uppvärmningen i atmosfären nära jordens yta och haven som avses. Under 1900-talet steg medeltemperaturen med ca grader. Grafen nedan visar den konstaterade globala temperaturökningen. Rent generellt sker förändringar av temperaturen på jorden på grund av mer eller mindre 1

2 periodiska naturliga processer. Det forskas om orsaken till dessa, men variationerna av temperaturen förväntas hålla sig runt ett konstant medelvärde. Under det senaste århundradet har dock medeltemperaturen ökat. 1 Temperaturvariation [ o C] Årtal Global temperaturökning där nollvärdet är vald som medeltemperaturen , data från Climatic Research Unit, UK. Den mest accepterade förklaringen är att temperaturökningen orsakas av människans handlingar och då främst genom utsläpp av växthusgaser. Enkelt beskrivet så lägger sig växthusgaser som ett täcke runt jorden och strålning från jorden hindras på sin väg ut. Eftersom utsänd strålning från jorden verkar för att kyla av jorden, så resulterar det i en temperaturökning. I en rapport från FNs klimatpanel (IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change), som verkar för att ge underlag till beslutsfattare inom miljöfrågor, från 2007 fastställs att koldioxidhalterna under 2005 låg långt över naturliga variationer under de senaste åren. Enligt prognoser i rapporten förväntas medeltemperaturen öka med 1.8 till 4.0 grader till år Uppvärmningen är inte lika jämn över hela jorden, ökningarna blir störst över land och på norra halvklotet. Klimatpanelen fastslår att om den genomsnittliga temperaturökningen inte ska bli mer än två grader så måste de globala koldioxidutsläppen börja minska senast år 2015 och minska med mellan 50 och 85 procent fram till år Växthusgaser Till växthusgas räknas gaser som bidrar till växthuseffekten, som koldioxid, freoner, kväveoxid, metan, vattenånga och ozon. Koldioxid bildas vid de flesta förbränningar av kolföreningar i syremiljö. Freoner användes som kylmedium, men som fram till idag mer eller mindre har fasats ut inom sina tillämpningar till fördel för bättre alternativ, och är föreningar av kolväten med flour, klor och brom. Vid förbränning i luft bildar kväve och 2

3 syre kväve(mono)oxid vid höga temperaturer och höga tryck, detta sker främst från förbränningsmotorer eller förbränning i kraftverk. Kväveoxiden kan i sin tur reagera med syre för att bilda kvävedioxid som medverkar vid bildande, tillsammans med kolväten och sot, av marknära ozon. Metan bildas vid nerbrytning av organiska material som avföring och urin från människor och djur samt existerar som en andel i naturgas vilket är en blandning av gaser i jordskorpan. Ozon är en gas av tre syreatomer som är giftig för människan men som i atmosfären skyddar mot skadlig ultraviolett (UV)-strålning. Freon och andra gaser som bryter ner ozon har tunnat ut ozonlagret, men med minskade utsläpp kan ozonskiktet återställas eftersom syre övergår till ozon när det utsätts för UV-strålning. Koldioxid, metan och ozon är de viktigaste gaserna när det gäller växthuseffekt. Gaserna kan stanna kvar tiotals år i atmosfären. De hinner då fördela sig över hela jordklotet så att deras påverkan blir på en global nivå, även om de direkta källorna är ojämnt fördelade över jordklotet. Gas Andel % Kväve Syre Argon 0.93 Koldioxid Neon Helium Metan Halten av koldioxid i atmosfären har ökat cirka 30% under de senaste 250 åren. Förbränning av fossila bränslen ger ett stort tillskott av koldioxid. FNs klimatpanel uppskattar att ungefär 75% av den ökade halten av koldioxid beror på människans industrialisering, och resten från variation i markanvändning. De som kritiserar teorin om att utsläpp är orsak till den globala uppvärmningen. Frågar sig varför mängden koldioxid i atmosfären kan orsaka så mycket förändringar. Halten koldioxid i atmosfären är ungefär procent. 3

4 Metan har ökat med uppskattningsvis 150% under de senaste 250 åren. Det är oklart varifrån utsläppen ökar, men de kommer från biologiska aktiviteter. Vissa former av jordbruk som risodlingar och kreatursuppfödning ger stora utsläpp av metan till atmosfären. Eftersom metan finns som en del i naturgas, kan spill från hanteringen av naturgas vara en orsak till att metanhalten ökar. Utsläppen ökar med utökad industrialisering. Industriella utsläpp av koldioxid Industrins koldioxidutsläpp kommer främst från förbränning av fossila bränslen, men även från stålindustrins masugnar och cementtillverkningsprocesser. Utsläpp av koldioxid från industrin i Sverige uppgick 2005 till 15,1 miljoner ton. Det motsvarar drygt en tredjedel av de svenska utsläppen. 4

5 Eftersom stål är en legering av järn med upp till 2% kol så uppkommer de största utsläppen vid rening av järnmalm. Vid masugnar reduceras järnmalm till järn med hjälp av kol. Järnmalmen består av olika järnoxider. När man blandar järnmalmen med kol i en masugn så får man bort syret när två syreatomer förenar sig med en kolatom och bildar koldioxid, och lämnar kvar råjärn som förädlas till stål. Men kolet förbränns inte fullständigt. Mycket energi finns i restgaser, framförallt vätgas och kolmonoxid. Järnmalm består av ett eller flera av mineraler. Den finns i olika geologiska formationer och har bildats under lång tid. De viktigaste är bandade järnmalmer och apatitjärnmalmer, av vilka de flesta bildades för runt två miljarder år sedan. Dessa malmer innehåller mellan 50 och 70 viktprocent järn och består av magnetit (svartmalm) och hematit (blodstensmalm). Järnhalterna i jordens inre är betydligt högre än på jordskorpan, och järnhalten på jorden är cirka 35 % av jordklotets totala massa. Eftersom järn lätt förenar sig med andra grundämnen, främst syre och svavel, är det inte vanligt med rent järn. Världens reserver av järnmalm uppskattas till drygt miljoner ton med ett järninnehåll av ca miljoner ton [Nationalencyklopedin]. Vid SSABs masugnar i Luleå och Oxelösund släpps runt 5.9 miljoner ton koldioxid per år. Försök pågår att återföra de brännbara gaserna till masugnen. Med en sådan recirkulation kan man spara 25 procent kol och så minska koldioxidutsläppen med lika stor del. Ännu återanvänds inte avgaserna eftersom de innehåller för mycket kvävgas och koldioxid. Vid försöken provar man att använda syrgas i stället för luft för att bli av med kvävet, och 5

6 skilja av koldioxiden innan gasen återförs till masugnen. SSAB står för elva procent av Sveriges koldioxidutsläpp. Om man lyckas avskilja koldioxiden och kan komma på hur den ska slutförvaras så minskar utsläppen nästan till noll. Källa: Energimyndigheten, Ny Teknik okt 2008 SSAB Luleå, Lulekraft SSAB Oxelösund Preem Scanraff Cementa Slite Fortum Värtan LKAB Kiruna Preem Raffinaderi Shell Raffinaderi Cementa skövde Mälarenergi Västerås stål stål olja cement värme malm olja olja cement värme Utsläpp koldioxid [miljontals ton] Kollagring och kvävegödsling Ökad kollagring i skogsmark genom kvävegödsling studeras eftersom den naturliga omsättningen av koldioxid är uppskattningsvis tio gånger större än de globala utsläppen av koldioxid från fossila bränslen. Utöver förbättrad teknik så kan kvävedioxidutsläppen minskas genom kvävegödsling av skog, vilket är ett debatterat ämne. Kvävegödsling medför att mer kol lagras i skogsmark genom att sakta ner nedbrytningen av döda växtdelar. Kväve förändrar ämnesomsättningen hos mikroorganismer som sköter nedbrytning av organiskt material där de kommer åt kol och kväve. Koldioxid släpps ut under nedbrytningsprocessen. Det organiska materialet blir genom den ändrade ämnesomsättningen svårare att bryta ner och processen bromsas upp. Kväve påverkar nedbrytningen dels genom att döda växtdelar till att börja med får en högre kvalité för mikroorganismerna och nerbrytningen sker snabbare, vilket till en början ger mer koldioxid, men dels genom mikroorganismerna får direkt tillgång till kväve. De behöver då inte utvinna lika mycket kväve från växterna, vilket ger mindre koldioxid. Nerbrytningen saktar då ner och mer kol stannar kvar i marken, det blir följaktligen minskade mängder av koldioxid som släpps ut. 6

7 Mer kol lagras genom en ökad produktion av växtmaterial genom kvävegödsling. Växterna består till stor del av kol som tas från koldioxiden i luften. Eftersom växterna är begränsade av tillgången på kväve i sin tillväxt genom fotosyntesen, så medför ökad kvävegödsling en ökad tillväxt. I fotosyntesen utvinner växterna energi från koldioxid och vatten med hjälp av solljuset. Vattenmolekylerna delas upp i väte och syre. Syret går ut i luften och vätet förenas med koldioxid för att bilda glukos som omvandlas till näring i växtens celler. Som resultat får kvävegödsling skogen att växa snabbare, vilket i sin tur ger ökad skogsproduktion, men det finns även risk för övergödning eftersom kväve redan tillförs genom nerfall av luftföroreningar från industrier. Ökad lagring av kol i biomassa, mark eller vatten kallas kolsänka. En avverkning med efterföljande markberedning medför bland annat att mer koldioxid och kväve avges till luften eftersom marken friläggs. Detta skyndar på nedbrytningen i marken. När skogen växer upp så binder den mer kol än den avger. Om marken däremot används för energigrödor så tar det många år innan utsläppen av koldioxid har arbetats in. Studier av fönster och möbler av trä genomförd av Trä- och Möbelindustriförbundet (TMF) visar att även de binder koldioxid, och som släpps lös först när fönstret eller möbeln återvinns. Runt 1.65 miljoner ton koldioxid binds i träfönster enligt förbundets rapport från slutet av TMF är bransch- och arbetsgivarorganisationen för den träförädlande industrin och möbelindustrin i Sverige, och företräder cirka 800 medlemsföretag med över anställda. Massaved från skogen kan även användas för att framställa biogas utan att påverka flödet av materialvolymerna som finns idag enligt konsultföretaget Pöyry. Med en investering på 75 till 100 miljoner kronor ska massabruk kunna ställa om sina processer så att de kan 7

8 tillverka biogas utan att det påverkar massaproduktionen. Detta är möjligt genom att ta ut organiskt restmaterial tidigt i processen och använda den för att tillverka biogas. Produktionstekniskt handlar det om att gå in i hjärtat på massaprocessen, där de levande organismerna finns så att det blir en syrefri nedbrytning av organiskt material. Enligt en studie från 2008 av 21 svenska bruk om deras såpahantering och talloljekokning som genomfördes av Ångpanneföreningen och Värmeforsk så har Svenska massabruk potential att öka sin produktion av tallolja med tio procent, motsvarande 290 gigawattimmar energi om året. Undersökningen visade att det är mycket stor variation i talloljeproduktionen vid de svenska bruken. Som mest utvanns 67 kilo tallolja per ton pappersmassa, och som minst tio kilo. Variationen beror bland annat på andelen tall i brukets råvara av ved, hur länge veden lagras och hur processerna ser ut. Men även vilken breddgrad bruket ligger påverkar talloljeproduktionen, och ju högre upp i landet bruket befinner sig, desto högre är talloljeproduktionen. Träden som används vid bruk längre norrut har växt långsammare och innehåller mer tallolja. För att få ut så mycket tallolja som möjligt ska bruken bland annat ha en hög andel tall som råvara och korta lagringstider av veden. Sveriges miljömål I Sveriges miljömål för skall klimatpåverkan begränsas utan kompensation för koldioxidupptag i kolsänkor och så kallade flexibla mekanismer, vilket är olika former för utsläppshandel med växthusgaser. De svenska utsläppen av växthusgaser skall, som ett medelvärde för perioden , vara minst 4 % lägre än utsläppen år

9 Sveriges riksdag har beslutat om 16 stycken miljömål. Dess är: 1. Begränsad klimatpåverkan 2. Frisk luft 3. Bara naturlig försurning 4. Giftfri miljö 5. Skyddande ozonskikt 6. Säker strålmiljö 7. Ingen övergödning 8. Levande sjöar och vattendrag 9. Grundvatten av god kvalitet 10. Hav i balans samt levande kust och skärgård 11. Myllrande våtmarker 12. Levande skogar 13. Ett rikt odlingslandskap 14. Storslagen fjällmiljö 15. God bebyggd miljö 16. Ett rikt växt- och djurliv Som en reaktion på klimatpanelens rapport om utsläpp, fick en svensk klimatberedning i uppdrag av riksdagen att komma med förslag på en handlingsplan kring hur de svenska utsläppen ska minska till Man har också haft i uppgift att sätta upp mål för klimatstrategin både på kort och lång sikt. I början av 2008 gavs målförslag. På lång sikt, till 2050 och därefter, föreslog beredningen att svenska utsläpp av växthusgaser ska vara minst procent lägre än Vid seklets slut bör utsläppen vara nära noll. Det kortsiktiga målen bör minska de svenska utsläppen med 38 procent fram till 2020, enligt en majoritet av klimatberedningens medlemmar. Hösten 2008 kom regeringen budgetproposition där klimat och hav prioriteras i regeringens miljöbudget. Totalt anslås sju miljarder kronor till allmän miljö- och naturvård under åren Tre miljarder tilldelas ett åtgärdspaket inom klimat- och energiområdet och fyra miljarder till en riktad satsning på klimatbistånd. Pengar ska användas för satsning på internationella klimatinvesteringar och för att satsa på åtgärder för att anpassa Sverige till ett förändrat klimat, förbättring av kunskapsunderlaget om ras- 9

10 och skredrisker, förbättringar av den nationella höjddatabasen och till att länsstyrelserna kan få en samordnande roll i det regionala anpassningsarbetet. Effekter av global uppvärmning Vilka effekter kan då den globala uppvärmningen ge? Några scenarion är att stora gräsområden kan förvandlas till öknar, isområden kan smälta, vindar och havsströmmar kan ändra riktning och i sin tur ge följdeffekter, havsytorna stiger och dränker kustnära områden. Olika scenarios studeras bland annat i EU projekt. Malmö stad är en av deltagarna i det treåriga projektet Grabs, Green and Blue Space Adaptation for Urban Areas and Eco Towns. Staden satsar på bättre beredskap genom att ta fram en handlingsplan och testa olika lösningar. Bland annat vill man ha utröna hur städer klarar klimatförändringar som ihållande skyfall, högre havsvattennivåer eller långa värmeböljor. De stora isområdena vid främst nord- och sydpolen reflekterar strålning och om dessa ytor minskar så minskar följdaktligen den reflekterade strålningen och bidrar till en ökad temperatur genom en minskad värmeavgivning med hjälp av jordens strålning ut i rymden. Denna effekt har ett eget namn, albedo. Havsnivån förväntas stiga om den globala uppvärmningen fortsätter. Albedo används inom fysik, meterologi och astronomi. Den räknas som den andel av rakt infallande ljus som återkastas av en yta eller en kropp. Värdet som en yta eller kropp har beror på dess sammansättning. Albedo mäts oftast vid en bestämd våglängd. Exempelvis 10

11 har nysnö ett albedo på 0.9 och hav har ett värde på 0.06, d v s 90% respektive 6% av strålningen reflekteras för nysnö och hav. I en artikel i Nature i början av 2008 presenterades en studie om effekterna av klimatförändringarna genom förändringar i nederbörd på produktionen av spannmål. Produktionen kommer att minska med uppskattningsvis en tredjedel, främst av ris och majs, i södra Afrika och Asien. Forskarna Rutger Rosenberg vid Institutionen för marin ekologi, Göteborgs Universitet och Robert Diaz från Virginia Institute of Marin Science i USA gjorde en studie av världshavens bottnar 1995, och jämförde med en ny studie Deras resultat visar att antalet döda havsbottnar, vilka har så lite syre att fiskar och tar skada, har ökat från 44 till 400. Mest utbredning av syrefattiga områdena finns i Östersjön, Mexikanska golfen, Östkinesiska havet, och Bälthavet. Allmänhetens förståelse för klimatsituationen Hur mycket är känt av allmänheten om klimatsituationen? Skog 2008 är en nationell och regional undersökning genomförd på uppdrag av Skogsindustrierna, som totalt omfattar 2100 personer från 18 år och uppåt. Det som oroar 29% av svenskarna mest är utsläpp av växthusgaser, följd av 16% som oroar sig för skövling av skog. Svenskarna ger sig själva högt betyg i miljökunskap, men det finns brister i baskunskaperna. Cirka 64% anser sig ha en god insikt om miljöfrågorna medan runt hälften vet hur fotosyntesen fungerar och som binder 100 miljarder ton kol i skogen, vilket är en betydande del av det kol som påverkar koldioxidhalten. Behovet av skog och skogsprodukter växer varje år. Det är dock ingen risk att skogen ska ta slut eftersom den växer med cirka 115 miljoner kubikmeter varje år och endast 85 procent den tillväxten avverkas varje år. Varje år planteras runt 330 miljoner trädplantor i Sverige och det finns nu 60 miljarder träd i Sverige. [Skogsindustrierna ] 11

12 Med undantag för några år under 1970-talet har tillväxten alltid varit större än avverkningen. Källa: Skogsindustrierna. Strålning Temperaturen på jorden hålls i balans genom naturliga processer. Rent fysikaliskt strålar det in energi i form av strålning från solen och strålningsenergi från jorden strålar ut i rymden. Dessa bildar en energibalans. Andra fysikaliska värmeöverföringar som konvektion (som ges av rörelser av gaser eller vätskor), ledning eller avdunstning sker inte eftersom jorden är isolerad i vakuum. Strålningen från solen består av synligt ljus, UV-strålning och infraröd (IR)-strålning. En del av denna strålning reflekteras högt uppe i atmosfären och resterande del växelverkar med jorden på olika sätt så att jorden värms upp, eller reflekteras. Elektromagnetisk strålning är vibrationer eller darrningar i elektriska och magnetiska fält. Man ser strålningen som vågor som breder ut sig i ett medium. Elektromagnetisk strålning i våglängdsintervallet nanometer kan uppfattas av människans öga och kallas vardagligen för synligt ljus. De olika färgerna har olika våglängd, det vill säga avståndet mellan två liknande delar, exempelvis två vågtoppar, varierar. Våglängden 12

13 brukar betecknas med den grekiska bokstaven λ (lambda). Ljus som har en våglängd nära 400 nanometer upplevs som violett ljus. Med ökande våglängd blir ljuset blått och sedan grönt, och fortsätter sedan till gult, orange och rött. Det skiljer sig hur vi uppfattar färgerna, och det finns ingen tydlig gräns mellan de olika färgerna. Ljuset från solen innehåller strålning med våglängder som ögat inte kan uppfatta. Vid våglängder kortare än den violetta delen finns den strålning som kallas ultraviolett strålning, UV-strålning. Intensiteten av denna strålning minskar kraftigt när våglängden minskar. Vid våglängder kortare än 100 nanometer är intensiteten av UV strålningen från solen försumbar. Vid längre våglängder än våglängden för rött ljus finns den infraröda strålningen, IRstrålning som även kallas värmestrålning. Intensiteten för denna strålning hos solljuset minskar med ökande våglängd, men inte lika kraftigt som för UV-strålning. Först vid våglängder kring 1 mm är strålningens intensitet försumbar. Den största delen av energin från solen kommer i form av infraröd strålning, denna del motsvarar ca 53% av energin. Den synliga delen av ljuset från solen utgör 36% och resten, 11%, är UV-strålning. Atmosfären 13

14 Atmosfären mellan jorden och solen skyddar från strålning som har våglängd kortare än 300 nanometer, det vill säga den ultravioletta strålningen som är farlig för människan. I atmosfären finns syremolekyler och framför allt ozon som mycket effektivt absorberar all strålning med våglängder kortare än 300 nanometer. Mellan nanometer släpper atmosfären igenom strålningen i allt ökande grad och vid 400 nanometer släpps mer eller mindre all strålning igenom atmosfären. Namnet atmosfären kommer från grekiskan, atmos (ånga) och sfaira (klot). Det är ett det gashölje som omsluter jorden och hålls kvar av jordens gravitationskraft. Atmosfären består av kväve, syre och argon till drygt 99%. Resten är vattenånga och andra gaser, bland annat koldioxid och ozon. Ljuset från solen sprids av molekylerna i luften. De korta våglängderna sprids mer än de långa, där det blå ljuset finns, och därför blir himlen blå. På samma sätt sprid UVstrålning. På kvällen, eller morgonen, när solen står lågt har solljuset en längre väg att färdas genom atmosfären. En del av det blå ljuset sprids och ljuset uppfattas som rött och vi upplever den röda kvälls- eller morgonsolen. Spridning av strålning kallas Rayleigh-spridning. På dagen, när solen står som högst, är himlen blå. Det beror på att strålning med olika våglängd sprids av partiklar som är mindre i storlek än ljusets våglängd. Den synliga delen av solstrålningen är nästan vit eftersom strålningen innehåller alla färger. Rayleigh-spridning är proportionell mot våglängden, som ofta betecknas med den grekiska bokstaven λ (delta) som λ -4, det vill säga att ljus med kort våglängd (som blått ljus) sprids bäst. Det gröna och det röda ljuset som har längre våglängd kommer att spridas mindre och tränger igenom atmosfären i en rak bana. Det blå ljuset sprids över himlen och ger den sin färg. Atmosfären ger även en spridning av IR-strålningen från solen. Vissa gaser är mer effektiva när det gäller absorption av värmestrålning. Absorptionen av gaser sker inte vid alla våglängder utan främst inom vissa våglängdsområden. Bland de gaser som är effektiva finns vattenånga, koldioxid och metan. 14

15 Strålningsbalans När värmestrålning, synligt ljus, ultraviolett strålning eller röntgenstrålning träffar ett föremål absorberas en del av strålningsenergin. Resten av strålningen antingen reflekteras eller passerar genom föremålet. Strålningen växelverkar med föremålet och omvandlas till värme, främst genom att kristallatomerna sätts i rörelse. En kropp som är uppvärmd avger energi i form av strålning, en så kallad svartkroppsstrålning. Strålningen kallas även temperaturstrålning eller värmestrålning. Den här strålningen har sin energi i vissa intervall, eller maximum vid olika våglängder. Eftersom det temperaturen skiljer sig på olika delar av kroppen så blir det en fördelning av strålningen. En kropp som befinner sig vid rumstemperatur avger strålning i den djupa delen av det infraröda området. En glödlampa har en temperatur på ungefär 2500 o C. Från denna får vi ljus, det vill säga strålning i det synliga delen av spektrat, och värme som är strålning i det infraröda området. Ungefär 95% av strålningen är värmestrålning och resten strålning i det synliga området. Solen har en temperatur på ungefär 6000 o C, och det mesta av strålningen som sänds ut från solen är i det synliga området. Svartkroppstrålning vid ökande temperatur [700, 2700, och 5700 o C] Vid temperaturer över 700 o C börjar en kropp skicka ut strålning i det synliga området, en kropp ser ut att glöda svagt. Vid fortsatt uppvärmning så övergår ljuset till gult samtidigt som det blir allt kraftigare i intensitet och blir sedan vitt. När en kropp blir varmare så blir våglängden kortare. 15

16 Gaser i atmosfären påverkar strålningen från jorden genom växthusgaserna som genom växelverkan med gaser som skickar IR-strålning tillbaka mot jorden. Denna strålning värmer i sin tur upp jorden ytterligare. Man kan göra beräkningar på strålningsbalans mellan ingående och utgående strålning. Utan en naturlig växthuseffekt skulle temperaturen vara ca -18 o C. Inget liv skulle kunna existera eftersom allt vatten skulle vara fruset. Eftersom det finns en naturlig omsättning av gaser, som koldioxid, så finns en normal mängd av dessa gaser i atmosfären. Det ger en naturlig växthuseffekt. Rent fysikaliskt så vibrerar molekylerna i sina normala tillstånd. När de träffas av IRstrålning börjar de vibrera kraftigare när de fångar upp energin. Eftersom det inte är ett normalt tillstånd för molekylerna så avger de energi för att återta sina tidigare tillstånd. De avger då IR-strålning. Strålningen avges i olika riktningar, och i det enklaste fallet så avges en del mot solen och en del mot jorden. Det här är grunden till den naturliga växthuseffekten. Solen och jorden befinner sig i en strålningsbalans. Energi flödar in mot jorden från solen. Jorden värms upp och avger energi i form av infraröd strålning. 16

17 Med detaljerade beräkningar som tar hänsyn till IR-strålningen som faller in mot jorden igen ger att jordens genomsnittstemperatur är ca 15 o C. Det fungerar i princip som ett växthus, där en del av infallande solstrålning reflekteras av glaset. En stor del av solens strålning släpps dock igenom och absorberas av växter och mark. Den utgående värmestrålningen från dessa hindras av glaset och får som följd att växthuset blir varmare. 17

18 I vardagligt tal misstas ibland den naturliga växthuseffekten med den globala uppvärmningen som är en konstaterad ökning av medeltemperaturen på jorden under 1900-talet. Utöver växthusgaserna bidrar moln till växthuseffekten eftersom de absorberar IR strålning liksom växthusgaserna, men även för att de reflekterar solstrålning. Moln är en ansamling av vattendroppar eller iskristaller i luften. Moln uppstår när luft kyls så att den blir mättad på vattenånga. Molndropparna bildas genom att vattenånga kondenserar på små partiklar. Moln som befinner sig nära marken reflekterar solstrålning tillbaka till rymden mer än de växelverkar med värmestrålningen från jorden eftersom deras temperatur ligger ganska nära temperaturen på marken. Höga moln har större påverkan på växthuseffekten eftersom de har lägre temperatur och utstrålar mindre värmestrålning mot rymden. De består även till stora delar av iskristaller, som inte reflekterar solstrålning så effektivt. Låga moln reflekterar solstrålning Den mest accepterade orsaken till jordens uppvärmning är ökade utsläpp av växthusgaser som följd av industrialiseringen, som ger ökad återfallande IR-strålning in mot jorden och en ökad temperatur. 18