Jak oxid uhličitý ohřívá atmosféru

Zajímá mne, jaký vliv má koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) na teplotu atmosféry a v této souvislosti mám dva dotazy:

Jak jsou vymezena absorpční a emisní pásma CO₂ v oblasti vlnových délek 2–50 mikrometrů? Je možno v podmínkách atmosféry stanovit (odhadnout) extinkční koeficienty z hlediska míry absorbční schopnosti? Koeficient extinkce v Lambertově-Beerově vztahu je pro mě nepoužitelný pojem (pro svou komplikovanou specifikaci).

Jsou k dispozici experimentální měření o vyzařování zemského povrchu v členění spektrálního rozsahu vlnových délek? Jde mi např. o ultrafialové (UV), viditelné (VIS) a infračervené (IR) oblasti spektra a jejich vztah k předpokládané absorpci CO₂.

Josef Kulhánek

Odpověď odborníka: Absorpce infračerveného záření na molekulách CO₂ je dobře proměřená. Jev však měří další instituce, klimatologové výsledky jejich práce jen používají. K dobrým zdrojům patří například databáze HITRAN (high-resolution transmission molecular absorption database; hitran.org). Vzhledem k tomu, že pro vlnové délky infračerveného záření je rozptyl v atmosféře velice malý, při extinkci jde hlavně o absorpci, nehledě na to, že i rozptýlené infračervené záření se nakonec v atmosféře (hlavně v nižších vrstvách, kde je oxidu uhličitého relativně více) nakonec absorbuje.

Složky radiační bilance se měří, řada z nich i u nás. V ultrafialové a viditelné části spektra nejde o vyzařování povrchu – v těchto oblastech povrch sám nevyzařuje – ale odraz dopadajícího záření. V infračervené oblasti se měří vyzařování atmosféry jako intenzita dopadajícího záření z horní polosféry bez slunečního kotouče a také vyzařování zemského povrchu. Neměří se však spektrálně, nýbrž celkový tok záření, zaznamenávaný pomocí pyrgeometrů – čidel, měřících na povrchu země tepelné záření přibližně od 4,5 do 100 mikrometrů, dopadající z atmosféry.¹⁾ Kromě toho máme za posledních několik let i měření intenzity záření v 11 vlnových délkách, od ultrafialového záření přes viditelnou část spektra až po infračervenou složku (radiometr POM-02²⁾) a to jak ze slunečního kotouče, tak z azimutálních skenů oblohy.

Jako většina tříatomových a víceatomových molekul se oxid uhličitý vyznačuje schopností pohlcovat elektromagnetické záření v určitých oborech spektra. U CO₂ je to především kolem 15 mikrometrů, 4,3 mikrometru, 2,7 mikrometru a dvou mikrometrů. Zejména oblast 15 mikrometrů je důležitá, protože v témže oboru vyzařuje tepelné záření i zemský povrch. Atmosféra proto zachycuje záření ze zemského povrchu tím více, čím vyšší je v ní koncentrace CO₂, což nutně vede k jejímu ohřevu. Proces navíc zesiluje vodní pára, která je také výrazným skleníkovým plynem. Při vyšší teplotě vzduchu roste výpar, tím i obsah vodní páry v atmosféře, což dále zesiluje skleníkový efekt a pohlcování tepelného záření atmosférou.