Grzejnik mamy ten sam – wciąż dostarcza 1 kW ciepła (rachunki pozostają więc niezmienione), ale komfort termiczny w budynku zmienił się wyraźnie: inaczej mieszka się w domu o temperaturze 20°C niż w domu o temperaturze 10°C.
Po zapoznaniu się z przykładem pogrubienia izolacji domu nie powinniście mieć trudności z odpowiedzią na pytanie: dlaczego, gdy przykrywamy się kocem, robi nam się cieplej – przecież to tylko kawałek tkaniny, nie wydzielający żadnego ciepła?
Nasze ciało stara się utrzymywać stałą temperaturę (jesteśmy zwierzętami stałocieplnymi). Gdy na zewnątrz jest zimno, temperatura powierzchni naszego ciała spada, co jest dla nas nieprzyjemne (a także niezdrowe lub w skrajnych przypadkach wręcz niebezpieczne), co ogranicza utratę ciepła. Przykrywając się kocem utrudniamy jego ucieczkę, podobnie jak w dobrze zaizolowanym domu – w rezultacie tracimy mniej energii niż wydzielamy, temperatura pod kocem więc wzrasta. Czemu tak dokładnie to opisaliśmy? Ponieważ ziemski system klimatyczny zachowuje się bardzo podobnie. „Grzejnikiem” (dostarczycielem energii) jest oczywiście Słońce (dostawa ciepła od Słońca uśredniona w cyklu rocznym jest niemal stała, zmienność to ok. 0,1% w cyklach słonecznych o krótszym i dłuższym okresie); a nasz dom – Ziemia – w stabilnym stanie klimatycznym emituje w przestrzeń kosmiczną tyle samo energii co pochłania od Słońca.
Fakt: Słońce jest gwiazdą, której powierzchnia jest rozgrzana do temperatury ponad 5000 stopni.
Ciało o takiej temperaturze świeci głównie w świetle widzialnym i bliskiej podczerwieni. Powierzchnia Ziemi jest dużo chłodniejsza i wypromieniowuje światło o dużo niższej energii, w zakresie dalekiej podczerwieni. To, jak promieniują ciała o takiej temperaturze, możemy stwierdzić, na przykład kierując na budynek czy człowieka kamerę rejestrującą promieniowanie podczerwone.
Rysunek 4. Obraz ulicy w dalekiej podczerwieni. Po prawej stronie widoczna jest skala temperatury w stopniach Celsjusza.
Rysunek 5. Osoba z ręką w foliowej torbie – po lewej obraz w świetle widzialnym, po prawej w podczerwieni. Na obrazie w świetle widzialnym ręka jest niewidoczna; jednak wyemitowane przez rękę promieniowanie podczerwone przechodzi przez folię i jest widoczne na obrazie wykonanym za pomocą kamery termowizyjnej.
Jak widzimy na Rysunku 5, różne materiały mogą pochłaniać promieniowanie o różnych długościach fali. Na przykład znajdujące się w okularach szkło przepuszcza większość promieniowania widzialnego, pochłania zaś promieniowanie w dalekiej podczerwieni – z tego powodu okulary na zdjęciu z kamery termowizyjnej są ciemne. Szyby nie bez powodu robimy ze szkła – przepuszczając światło widzialne wpuszczają do budynku światło, pozwalają też widzieć, co jest na zewnątrz; pochłaniając zaś promieniowanie w dalekiej podczerwieni utrudniają ucieczkę ciepła i wychładzanie się pomieszczeń.
Gazy cieplarniane, czyli ziemska „izolacja”
Nasza planeta nie jest gołą skałą, lecz jest przykryta warstwą atmosfery, w której obecne są gazy cieplarniane. Obrazowo mówiąc, to takie gazy, które zachowują się jak szkło – przepuszczają promieniowanie emitowane przez Słońce (widzialne i w bliskiej podczerwieni), pochłaniają zaś promieniowanie emitowane z powierzchni naszej planety (w dalekiej podczerwieni). Zwiększanie ich ilości w atmosferze nie zmienia ilości docierającego do powierzchni Ziemi i pochłanianego przez nią promieniowania, utrudnia za to ucieczkę ciepła z powierzchni naszej planety.
Rysunek 6. Analogia efektu cieplarnianego z domem z dwóch poprzednich rysunków. Słońce jako grzejnik dostarcza energii (w świetle widzialnym). Pochłonięta przez Ziemię energia jest wypromieniowywana (w dalekiej podczerwieni). Gazy cieplarniane w atmosferze (które nie pochłaniały światła widzialnego), pochłaniają daleką podczerwień, działając jak izolacja. Zwiększając ich ilość powodujemy „pogrubienie izolacji”, a Ziemia, żeby osiągnąć równowagę pomiędzy energią pochłanianą ze Słońca a energią wypromieniowaną, ogrzewa się.
Już zanim na Ziemi pojawiliśmy się my, ludzie, i zaczęliśmy budować cywilizację przemysłową, nasza planeta miała atmosferę z gazami cieplarnianymi – obrazowo mówiąc, nasz dom miał już swoją izolację. Dzięki temu naturalnemu efektowi cieplarnianemu średnia temperatura powierzchni Ziemi wynosiła plus kilkanaście stopni, a nie minus kilkanaście, jak by było bez niego.
Nie trzeba być fizykiem atmosfery, żeby zrozumieć, jak działa globalne ocieplenie. Nie trzeba skomplikowanych badań ani tysięcy pomiarów. Żeby zrozumieć zasadę działania wystarczy codzienne doświadczenie i najprostsze zrozumienie otaczającego nas świata. Już niemal 200 lat temu Joseph Fourier potrafił nie tylko prosto zanalizować, ale i oszacować, że stanowiące „izolację” naszej planety gazy cieplarniane mają olbrzymie znaczenie dla temperatury na jej powierzchni. Zwiększając izolacyjność atmosfery, powodujemy, że na powierzchni Ziemi zrobi się cieplej.
