Johdanto

Kasvihuoneilmiö on ollut maapallolla sen syntyhistorian alusta asti. 1900-luvulla havattiin merkkejä ihmisen toiminnan aikaansaamasta ilmiön voimistumisesta, koska maapallon keskilämpötila on selvästi kohonnut 50 viimeisen vuoden aikana.

Kuva. Maapallon keskilämpötilan muutos 1860-1990 (alkuperäiskuva: Graafinen Oy Maanpiiri)

Auringosta maahan tuleva säteily on pääasiassa näkyvää valoa, koska otsonikerros ja ilmakehän vesihöyry suodattavat suurimman osan ultravioletti- ja infrapunasäteilystä. Osa infrapuna eli lämpösäteilystä pääsee kuitenkin ilmakehän läpi ja lämmittää maapalloa. Infrapunasäteily on aallonpituudeltaan pidempää kuin näkyvä valo. Ilman ilmakehää maapallon keskilämpötila olisi vain - 15 °C sen ollessa tällä hetkellä noin + 15,5 °C. Tämä johtuu ns. kasvihuonekaasuista, jotka absorboivat maanpinnan säteilemää infrapunasäteilyä ja säteilevät sitä takaisin maahan. Maahan tullessaan infrapunasäteilyn aallonpituus on 0,3 - 2,0 mm, jolloin säteily pääsee melko helposti ilmakehän läpi. Maan lähettämä infrapunasäteily on kuitenkin aallopituudeltaan pidempää, 1,0 - 20,0 mm. Aallonpituuden kasvu johtuu siitä, että infrapunasäteily menettää energiaa heijastuessaan maasta (mitä lyhyempi aallonpituus, sitä suurempi energia on säteilyllä). Kun infrapunasäteilyn aallonpituus kasvaa, se ei enää pääse niin helposti ilmakehän kaasujen läpi takaisin avaruuteen.

Kasvihuonekaasut

Jotkut ilmakehän kaasut päästävät avaruudesta tulevan säteilyn läpi maapallolle, mutta eivät ulosmenevää säteilyä. Näitä kaasuja kutsutaan kasvihuonekaasuiksi:

Taulukko. Kasvihuonekaasujen pitoisuudet ilmakehässä

Kuten taulukosta ilmenee, kasvihuonekaasujen pitoisuudet ilmakehässä ovat pienet. Tämän takia ihmisen toiminta vaikuttaa voimakkaasti kasvihuoneilmiön kehityssuuntaan. Kun vertaillaan eri kaasujen maapallon lämpötilaa kohottavaa vaikutusta, muunnetaan kaasujen vaikutus CO₂-ekvivalenteiksi:

Kuva. Kasvihuonekaasujen vaikutus kasvihuoneilmiöön

Edellisten lisäksi ei saa unohtaa vesihöyryä puhuttaessa kasvihuoneilmiöstä. Sen määrään ilmakehässä ihminen ei juuri pysty vaikuttamaan, mutta on selvää että kasvihuoneilmiön voimistuminen lisää vesihöyryn määrää ilmakehässä. Tämä puolestaan kiihdyttää kasvihuoneilmiötä edelleen.

Hiilidioksidi kasvihuonekaasuna

Kaikkein eniten vaikuttaa kasvihuoneilmiön voimistumiseen vaikuttaa ilmakehän hiilidioksidi:

Kuva. Hiilidioksidin molekyylirakenne

Ilmakehän hiilidioksiditaseeseen vaikuttavat seuraavat tekijät:

1. Polttoaineet

Fossiilisten polttoaineiden polttaminen lisää ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta. Hiilidioksidia syntyy, kun orgaaninen, hiiltä sisältävä aine, palaa. Myös kotimaiset polttoaineet, kuten turve, puu ja hake muodostavat palaessaan hiilidioksidia. Lisäksi orgaanisen aineen palaessa syntyy vesihöyryä, kuten esimerkiksi maakaasun (metaanin) palaessa:

CH₄(g)   +   O₂(g)   ®  CO₂(g)  +  H₂O(g)

Fossiilisten polttoaineiden kulutus on lisääntynyt jatkuvasti maapallolla. Tämä ilmenee myös Suomen energian kokonaiskulutuksen lisääntymisestä:

Kuva. Energian kokonaiskäyttö Suomessa 1970-1998. (lähde: Tilastokeskus)



Hiilidioksidipäästöt ovat myös lisääntyneet jonkin verran energian kulutuksen kasvaessa:

Kuva. Hiilidioksidipäästöt Suomessa 1980-1997. (lähde: Tilastokeskus)

2. Metsien hävittäminen

Metsien hävittäminen vähentää hiilidioksidin sitoutumista kasvillisuuteen. Ennen ihmistä maapallolla oli noin 60 miljoonaa neliökilometria metsää, nykyisin vain 40. Erityisen paljon on tuhottu sademetsiä, joiden hiilidioksidin sitomiskyky on suurin.

3. Valtamerien vaikutus

Myös meret sitovat suuria määriä hiilidioksidia. Hiilidioksidi liukenee helpommin kylmään kuin lämpimään veteen. Tämän takia kasvihuoneilmiön voimistuessa ja merien lämmetessä hiilidioksidia sitoutuu meriin yhä vähemmän.

Arvioidaan, että ilmakehään joutuu vuosittain ihmisen toiminnan seurauksena 25 miljardia tonnia hiilidioksidia. Tästä puolet sitoutuu meriin, maaperään ja kasvillisuuteen. Toinen puoli jää ilmakehään lisäten sen CO₂-pitoisuutta 1 ppm:n verran vuodessa. Hiilidioksidi onkin ihmiskunnan merkittävin jätetuote.

Muita kasvihuonekaasuja

1. CFC-yhdisteet eli freonit on toimivat troposfäärissä kasvihuonekaasuina ja stratosfäärissä otsonikerrosta ohentavina aineina. Vaikka niiden osuus on ilmakehässä erittäin pieni on niiden vaikutus kasvihuoneilmiöön merkittävä. Tämä johtuu siitä, että CFC-molekyylit absorboivat infrapunasäteilyä 10 000 - 100 000 tehokkaammin kuin hiilidioksidimolekyylit. CFC-molekyylit myös säilyvät ilmakehässä hyvin pitkiä aikoja.
   
   
2. Metaanin tärkeimmät lähteet luonnossa ovat suot ja kosteikot sekä märehtijät ja termiitit. Ihminen päästää metaania ilmakehään riisiviljelmiltä, karjanhoidosta, kaatopaikoilta ja polttoaineiden epätäydellisessä palamisesta.
   
   
   Kuva. Metaanin molekyylirakenne
   
   
3. Typpidioksidia eli typpioksiduulia tuottavat luonnossa anarobiset bakteerit. Runsas nitraattilannoitteiden käyttö on lisännyt ilmakehän typpidioksidipitoisuutta. Luonnon anaerobiset bakteerit ottavat nitraatti-ionista (NO₃^-) happea ja vapauttavat ilmakehään typpidioksidia. Jonkin verran typpidioksidia syntyy myös polttoprosesseissa. Vähäisestä määrästä huolimatta typpidioksidi on tehokas kasvihuonekaasu, koska se absorboi infrapunasäteilyä 200 kertaa tehokkaammin kuin hiilidioksidi.
   
   
4. Otsoni eroaa muista kasvihuonekaasuista siinä, että sitä syntyy ilmakehässä.  Yläilmakehän otsonin väheneminen kylmentää maapallon ilmastoa kun taas alailmakehän otsonin lisääntyminen lämmittää sitä. Kahdensuuntaisen vaikutuksen vuoksi otsonin vaikutusta kasvihuoneilmiöön on vaikea arvioida.

Ilmaston lämpenemisen vaikutuksia

1. Maapallon tärkeiden elintarvikkeiden tuotantoalueiden, kuten Pohjois-Amerikan viljavyöhykkeen, kesälämpötila voi kohota 2 - 3 °C. Tästä johtuen sademäärä vähenee 5-10 % ja maankosteus vähenee 15-20 %. Maapallon aavikot leviävät entisestään. Toisaalta ilmaston lämmetessä kasvillisuus- ja viljelyvyöhykkeet siirtyvät pohjoiseen. Lämpenemisellä saattaa olla kuitenkin vakavia vaikutuksia maapallon ravinnontuotantokyvylle.
   
   
2. Hitaasti sopeutuvat eliöt, kuten esimerkiksi puut ja valtamerien korallit, eivät ehdi sopeutua nopeaan ilmaston muutokseen. Monien herkkien eliölajien ennustetaan häviävän ilmaston lämmetessä.
   
   
3. Merenpinnan nousun arvioidaan kiihtyvän 2000-luvun puolivälissä ilmaston lämmetessä. Merenpinnan arvioidaan nousevan vuoteen 2100 mennessä 20-100 cm, jos kasvihuonekaasujen päästöt jatkuvat ennallaan. Tämä johtuu vuoristo- ja napajäätiköiden sulamisesta. On myös mahdollista, että lisääntyneet sateet kasvattavat jäätiköitä joillakin alueilla.
   
   
4. Ilmanstonmuutos lisää todennäköisesti helleaaltoja, kuivuutta ja trooppisia myrskyjä.
   
   
5. Ilmaston lämpeneminen saattaa vaikuttaa myös ihmisen terveyteen, koska monet taudinaiheuttajat viihtyvät paremmin lämpimissä olosuhteissa. Taudinaiheuttajien leviämien alueille, missä ihmisillä ei ole tarvittavaa vastustuskykyä aiheuttaisi vakavia terveysongelmia.
   

Kasvihuoneilmiön rajoittaminen

1. Energiankulutusta ja fossiilisten polttoaineiden polttamista on rajoitettava, jotta hiilidioksidipäästöt saadaan kuriin. Hiilidioksidin puhdistaminen savukaasuista ei ole nykytekniikalla mahdollista.
   
   
2. CFC-kaasujen päästöt tulee lopettaa.
   
   
3. Metsien ja kosteikkojen hävitys tulee estää.