Kiedy kominy z budynków (mieszkalnych, fabrycznych, handlowych, biurowych, administracyjnych itp.) oraz rury wydechowe spalinowych samochodów emitują do atmosfery gazy cieplarniane, dominującym z nich jest dwutlenek węgla (CO2). Z kolei emisje metanu (CH4) i podtlenku azotu (N2O) mają znaczenie drugorzędne, choć w przypadku transportu drogowego są one większe niż w sektorze budynków.
Wzrost stężeń głównych gazów cieplarnianych – CO₂, CH₄ i N₂O – czyli wzrost ich radiacyjnego wymuszenia cieplnego (zwiększenie strumienia energii w W/m²), prowadzi do nagrzewania się atmosfery i podniesienia progu nasycenia pary wodnej, ponieważ para wodna łatwiej osiąga stan kondensacji w chłodniejszej atmosferze. W cieplejszej atmosferze mniejsza jej część ulega wykraplaniu, a równowaga parowanie–kondensacja przesuwa się w stronę większej zawartości H₂O w fazie gazowej.
Para wodna jest krótkożyjącym gazem cieplarnianym (od ok. 4 do 10 dni), w przeciwieństwie do CO₂ (o czasie zaniku od dekad do tysięcy lat), CH₄ (średnio 9–12 lat) i N₂O (ok. 114–120 lat). W efekcie para wodna działa jako silne dodatnie sprzężenie zwrotne, najsilniej wzmacniające ocieplenie przy powierzchni Ziemi, głównie poprzez zwiększone parowanie z oceanów i lądów w regionach ciepłych.
Wzrost stężeń głównych gazów cieplarnianych – CO₂, CH₄ i N₂O – czyli wzrost ich radiacyjnego wymuszenia cieplnego (zwiększenie strumienia energii w W/m²), prowadzi do nagrzewania się atmosfery i podniesienia progu nasycenia pary wodnej, ponieważ para wodna łatwiej osiąga stan kondensacji w chłodniejszej atmosferze. W cieplejszej atmosferze mniejsza jej część ulega wykraplaniu, a równowaga parowanie–kondensacja przesuwa się w stronę większej zawartości H₂O w fazie gazowej.
Para wodna jest krótkożyjącym gazem cieplarnianym (od ok. 4 do 10 dni), w przeciwieństwie do CO₂ (o czasie zaniku od dekad do tysięcy lat), CH₄ (średnio 9–12 lat) i N₂O (ok. 114–120 lat). W efekcie para wodna działa jako silne dodatnie sprzężenie zwrotne, najsilniej wzmacniające ocieplenie przy powierzchni Ziemi, głównie poprzez zwiększone parowanie z oceanów i lądów w regionach ciepłych.
Jak wzrasta zatrzymywane ciepło w dolnej atmosferze
Kluczowe jest we wzmocnieniu efektu cieplarnianego (postępowaniu globalnego ocieplenia) wychwytywanie przez wymienione gazy cieplarniane fal podczerwonych w odpowiednich pasmach promieniowania. Jak one je „łapią”, a potem od razu w tej samej ilości wypuszczają, ale tym razem we wszystkich kierunkach, w tym część ku powierzchni planety, a część w kosmos.
Rosnące stężenia wymienionych gazów cieplarnianych powodują, że w dolnej atmosferze (troposferze) zatrzymywana jest większa ilość energii cieplnej w podczerwieni. Nagrzewa się ona jak woda w garnku z pokrywką nastawionym na kuchence gazowej czy elektrycznej. Z tą różnicą, że w systemie planetarnym nagrzewa się właśnie powietrze troposferyczne, które stymuluje coraz większe nagrzewanie wód oceanicznych i morskich — od powierzchni ku ich głębinom.
Kluczowe jest we wzmocnieniu efektu cieplarnianego (postępowaniu globalnego ocieplenia) wychwytywanie przez wymienione gazy cieplarniane fal podczerwonych w odpowiednich pasmach promieniowania. Jak one je „łapią”, a potem od razu w tej samej ilości wypuszczają, ale tym razem we wszystkich kierunkach, w tym część ku powierzchni planety, a część w kosmos.
Rosnące stężenia wymienionych gazów cieplarnianych powodują, że w dolnej atmosferze (troposferze) zatrzymywana jest większa ilość energii cieplnej w podczerwieni. Nagrzewa się ona jak woda w garnku z pokrywką nastawionym na kuchence gazowej czy elektrycznej. Z tą różnicą, że w systemie planetarnym nagrzewa się właśnie powietrze troposferyczne, które stymuluje coraz większe nagrzewanie wód oceanicznych i morskich — od powierzchni ku ich głębinom.
Ogrzewanie dolnej atmosfery wymusza topnienie lodu na Ziemi, wzrost poziomu oceanów i mórz oraz nasilenie się ekstremalnych zjawisk fizycznych
To ogrzewanie troposfery oczywiście powoduje też roztapianie (utratę masy lodu) na lądach pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy. Poziom mórz i oceanów wzrasta z powodu ich rozszerzalności termicznej (objętościowej) oraz cielenia się gór lodowych z lodowców szelfowych na wspomnianych pokrywach lodowych, ich podmywania przez coraz cieplejsze wody głębinowe, a także roztapiania i spływu powierzchniowego lodu na tychże pokrywach w kierunku oceanów i mórz na obu półkulach.
Wzrastające ogrzewanie troposfery powoduje wzrost ekstremalnych zjawisk pogodowych: fal upałów (w tym fal upałów morskich — zjawisk wybitnie antropogenicznych), susz (atmosferycznych, hydrologicznych, glebowych, hydrogeologicznych), pożarów (megapożarów), nawalnych opadów deszczu (a także śniegu — choć tu coraz rzadziej z dekady na dekadę), powodzi (w tym błyskawicznych), burz (w tym gradobić i nawałnic) oraz cyklonów (huraganów, tajfunów, cyklonów, orkanów). Wzrost temperatury na planecie z powodu wzrostu stężeń gazów cieplarnianych tylko nasila te ekstrema pogodowe.
To ogrzewanie troposfery oczywiście powoduje też roztapianie (utratę masy lodu) na lądach pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy. Poziom mórz i oceanów wzrasta z powodu ich rozszerzalności termicznej (objętościowej) oraz cielenia się gór lodowych z lodowców szelfowych na wspomnianych pokrywach lodowych, ich podmywania przez coraz cieplejsze wody głębinowe, a także roztapiania i spływu powierzchniowego lodu na tychże pokrywach w kierunku oceanów i mórz na obu półkulach.
Wzrastające ogrzewanie troposfery powoduje wzrost ekstremalnych zjawisk pogodowych: fal upałów (w tym fal upałów morskich — zjawisk wybitnie antropogenicznych), susz (atmosferycznych, hydrologicznych, glebowych, hydrogeologicznych), pożarów (megapożarów), nawalnych opadów deszczu (a także śniegu — choć tu coraz rzadziej z dekady na dekadę), powodzi (w tym błyskawicznych), burz (w tym gradobić i nawałnic) oraz cyklonów (huraganów, tajfunów, cyklonów, orkanów). Wzrost temperatury na planecie z powodu wzrostu stężeń gazów cieplarnianych tylko nasila te ekstrema pogodowe.
Pomiary naukowców
To wszystko — łącznie z pomiarami wspomnianych stężeń gazów cieplarnianych, ale też aerozoli oraz temperatury atmosfery, oceanów i mórz — naukowcy mierzą za pomocą wielu urządzeń: naziemnych, balonów, satelitów, dronów, boi, robotów wodnych, a także przy użyciu modeli komputerowych oraz badań pośrednich (badań przeszłości klimatycznej sprzed epoki wielu urządzeń pomiarowych, zwłaszcza termometrów), takich jak: rdzenie lodowe, rdzenie koralowców, słoje drzew, stalagmity, odwierty głębinowe, osady rdzeni morskich i jeziornych itp.
To wszystko — łącznie z pomiarami wspomnianych stężeń gazów cieplarnianych, ale też aerozoli oraz temperatury atmosfery, oceanów i mórz — naukowcy mierzą za pomocą wielu urządzeń: naziemnych, balonów, satelitów, dronów, boi, robotów wodnych, a także przy użyciu modeli komputerowych oraz badań pośrednich (badań przeszłości klimatycznej sprzed epoki wielu urządzeń pomiarowych, zwłaszcza termometrów), takich jak: rdzenie lodowe, rdzenie koralowców, słoje drzew, stalagmity, odwierty głębinowe, osady rdzeni morskich i jeziornych itp.
Wymuszenia radiacyjne gazów cieplarnianych i aerozoli są stopniowo redukowane. Złożyło się na to wiele przyczyn
Wymuszenia radiacyjne gazów cieplarnianych wzrastają, zwłaszcza przy stopniowej redukcji — od maksymalnie czterech dekad — emisji chłodzących klimat aerozoli siarczanowych i azotanowych. Choć w tym przypadku podjęte działania redukcji freonów (CFC) — gazów, które w stratosferze silnie niszczyły ochronny dla organizmów biologicznych ozon przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym — około cztery dekady temu pomogły spowolnić przyrost emisji wszystkich gazów cieplarnianych.
Jednak z f-gazów (fluorowanych gazów przemysłowych) CFC (chlorofluorowęglowodory) zostały już na początku XXI wieku zastępowane przez HFC (wodorofluorowęglowodory) i HCFC (wodorochlorofluorowęglowodory). To jeden z największych sukcesów: dziura ozonowa zaczęła się zmniejszać. Jednak liczba gazów cieplarnianych w troposferze niestety nie — choć przyrost stężeń wspomnianych gazów cieplarnianych zaczął się w końcu wyraźnie zmniejszać. To zasługa zarówno większych zalesień i renaturyzacji mokradeł, jak i wdrażania niskoemisyjnej energetyki (odnawialnej, jądrowej, elektrycznej itp.).
Wymuszenia radiacyjne gazów cieplarnianych wzrastają, zwłaszcza przy stopniowej redukcji — od maksymalnie czterech dekad — emisji chłodzących klimat aerozoli siarczanowych i azotanowych. Choć w tym przypadku podjęte działania redukcji freonów (CFC) — gazów, które w stratosferze silnie niszczyły ochronny dla organizmów biologicznych ozon przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym — około cztery dekady temu pomogły spowolnić przyrost emisji wszystkich gazów cieplarnianych.
Jednak z f-gazów (fluorowanych gazów przemysłowych) CFC (chlorofluorowęglowodory) zostały już na początku XXI wieku zastępowane przez HFC (wodorofluorowęglowodory) i HCFC (wodorochlorofluorowęglowodory). To jeden z największych sukcesów: dziura ozonowa zaczęła się zmniejszać. Jednak liczba gazów cieplarnianych w troposferze niestety nie — choć przyrost stężeń wspomnianych gazów cieplarnianych zaczął się w końcu wyraźnie zmniejszać. To zasługa zarówno większych zalesień i renaturyzacji mokradeł, jak i wdrażania niskoemisyjnej energetyki (odnawialnej, jądrowej, elektrycznej itp.).