Växthuseffekten
Jorden värms hela tiden av solljus och blir samtidigt av med energi genom att själv stråla ut den mot rymden. När jorden är i balans strålar den ut lika mycket energi som den tar upp, annars skulle den bli varmare och varmare. Att jordens medeltemperatur ligger på plusgrader i stället för långt under noll beror på växthuseffekten: vissa gaser i atmosfären gör det svårare för värmestrålningen att lämna planeten, så jordytan måste bli varmare innan lika mycket energi tar sig ut.
Solljuset har kort våglängd, med sin starkaste strålning i det synliga området, och en stor del av det passerar genom atmosfären ner till jordytan, som värms av det. Jordytan skickar sedan ut sin egen strålning, men eftersom jorden är mycket svalare än solen är denna strålning infraröd, det vill säga värmestrålning med längre våglängd. Växthusgaser som koldioxid, metan och vattenånga är nästan genomskinliga för det inkommande synliga ljuset, men de absorberar den utgående infraröda strålningen effektivt. Sedan strålar de själva ut infraröd strålning åt alla håll, och en del av den går tillbaka ner mot ytan.
Denna naturliga växthuseffekt är en förutsättning för livet på jorden, inte ett problem i sig, och utan den skulle planeten vara mycket kallare än idag. Det som oroar forskare är i stället den förstärkta växthuseffekten: när människor bränner fossila bränslen och bedriver visst jordbruk ökar mängden växthusgaser i atmosfären, vilket gör att ännu mer av den utgående värmestrålningen absorberas och strålas tillbaka mot ytan, så att jordytan gradvis värms ytterligare.
Mekanismen handlar i grunden om en rubbad strålningsbalans: så länge jorden tar upp mer energi än den strålar ut fortsätter temperaturen att stiga, tills jordytan har blivit så varm att utstrålningen åter balanserar instrålningen. Den förändringen syns redan i smältande isar, stigande havsnivåer och förskjutna vädermönster, eftersom även en liten ökning i genomsnittstemperatur rubbar balanser som annars hållit sig stabila under lång tid.
Det här lär du dig
- Förklara hur solljus och infraröd strålning tillsammans skapar växthuseffekten
- Förklara varför växthusgaser låter solljus passera men fångar värmestrålning
- Skilja mellan naturlig och förstärkt växthuseffekt
- Ge exempel på hur en förstärkt växthuseffekt påverkar jordens klimat
Begrepp att kunna
- Växthuseffekt
- Att växthusgaser i atmosfären absorberar infraröd värmestrålning från jordytan och strålar en del av energin tillbaka mot ytan, vilket gör planeten varmare än den annars skulle vara.
- Växthusgas
- En gas som är nästan genomskinlig för synligt solljus men absorberar infraröd strålning väl, till exempel koldioxid, metan och vattenånga.
- Infraröd strålning
- Elektromagnetisk strålning med längre våglängd än synligt ljus. Det är denna strålning jordytan skickar ut som sin egen värmestrålning.
- Förstärkt växthuseffekt
- Den extra uppvärmning som uppstår när mänsklig verksamhet ökar mängden växthusgaser i atmosfären utöver den naturliga halten.
Vanliga svårigheter
Tror att växthuseffekten alltid är skadlig
Den naturliga växthuseffekten är precis det som gör jorden varm nog för liv, inte ett problem i sig. Det forskare oroar sig för är den förstärkta växthuseffekten, det extra lager av uppvärmning som uppstår när människor tillför mer växthusgaser än atmosfären hade innan industrialiseringen.
Tror att växthusgaser hindrar solljuset från att komma in
Växthusgaserna är nästan genomskinliga för det inkommande solljuset, som har kort våglängd. Det de fångar upp är i stället den infraröda värmestrålningen som jordytan skickar ut efter att den har värmts. Det är just den här asymmetrin, ljus in men värme kvar, som gör att effekten fungerar.
Blandar ihop växthuseffekten med ozonlagret
Växthuseffekten handlar om att värmestrålning fångas upp av gaser i atmosfären och gör planeten varmare. Ozonlagret är ett annat system längre upp i atmosfären som i stället filtrerar bort skadlig ultraviolett strålning från solen. Det är två skilda fenomen med olika orsaker och olika konsekvenser om de förändras.
I verkligheten
En bil som står parkerad i solen blir snabbt obehagligt varm inuti, även om luften utanför bara är ljummen
Solljuset passerar lätt genom bilrutorna och värmer sätena och instrumentbrädan. Glaset släpper dessutom igenom lite av den infraröda strålning som ytorna sedan skickar ut. Den största orsaken till värmen i bilen, och i ett riktigt växthus, är ändå att den uppvärmda luften är instängd och inte kan blandas med luften utanför. I atmosfären är det i stället strålningen som spelar huvudrollen.
En molnig natt är ofta betydligt varmare än en klar natt, trots att solen inte värmer någon av dem
Under en klar natt tar sig en större del av markens värmestrålning ut mot rymden, och temperaturen sjunker snabbt. Är himlen molnig absorberar vattenångan och molndropparna en del av denna utgående värmestrålning och strålar en del av energin tillbaka mot marken, vilket håller natten mildare.
Tips
- Jämför temperaturen en klar natt med en molnig natt genom att läsa av en utomhustermometer eller en väderapp vid samma tid på kvällen under några dagar. Skillnaden du ofta ser bygger på samma mekanism som växthuseffekten.
- Rita en enkel bild med solen överst, en pil med kort våglängd som går rakt igenom ner till marken, och flera pilar med längre våglängd som går upp från marken men delvis bromsas av ett lager gas en bit upp.
- Påminn dig själv om skillnaden mot ozonlagret varje gång du läser en nyhet om klimatet: handlar texten om att värme stannar kvar (växthuseffekten) eller om att skadlig strålning filtreras bort (ozonlagret)?
Testa dig själv
1. Varför passerar solljuset lättare genom atmosfären på väg in än jordens värmestrålning gör på väg ut?
Solljuset har kort våglängd, med sin starkaste strålning i det synliga området, och den strålningen absorberar växthusgaserna bara lite. Jordytan är mycket svalare än solen och skickar därför ut värme som infraröd strålning med längre våglängd, och just den våglängden absorberas effektivt av växthusgaser som koldioxid och vattenånga.
2. Varför blir det ofta mildare väder på en molnig vinternatt än på en klar vinternatt?
På en klar natt kan en större del av jordytans värmestrålning lämna atmosfären, så marken och luften närmast den svalnar snabbt. Molntäcket på en molnig natt fungerar ungefär som växthusgaserna: det absorberar en del av den utgående värmestrålningen och strålar tillbaka en del av energin mot marken, vilket bromsar avsvalningen.
3. Vad skiljer den naturliga växthuseffekten från den förstärkta växthuseffekten?
Den naturliga växthuseffekten kommer från de växthusgaser som alltid har funnits i atmosfären och är det som gör jorden varm nog för flytande vatten och liv. Den förstärkta växthuseffekten är den extra uppvärmningen som uppstår när mänsklig verksamhet, framför allt förbränning av fossila bränslen, lägger till ytterligare växthusgaser ovanpå den naturliga halten.
Ur kursplanen
- Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Fysikaliska förklaringsmodeller av jordens strålningsbalans, växthuseffekten och klimatförändringar.
- Fysik nivå 2 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Temperaturstrålning och strålningsbalans, däribland jordens strålningsbalans.
- Fysik nivå 2 · Fysiken i omvärlden
Frågor om etik och hållbar utveckling med koppling till fysik.
Källa: Skolverket, centralt innehåll.
Hänger ihop med
Leder vidare till
Träna vidare – gratis
Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: