Växthusgas
Växthusgaser (drivhusgas) är både naturliga och konstgjorda gaser som utgör grunden till växthuseffekten genom att absorbera och utstråla infraröd strålning. De främsta växthusgaserna i jordens atmosfär är vattenånga (H2O), koldioxid (CO2), dikväveoxid (N2O), metan (CH4) och ozon (O3). Utöver dessa naturligt förekommande gaser finns även konstgjorda växthusgaser såsom olika halogenalkaner och andra flyktiga ämnen innehållande brom eller klor. Växthusgaserna ger tillsammans en markant påverkan på jordens temperatur vid ytan. Om atmosfären helt saknade sådana beräknas jordens medeltemperatur ha varit -18°C istället för nuvarande +14°C. Gasernas växthuseffekt beror på att de släpper igenom solljus med högre frekvens än infrarött, som värmer upp mark, träd och vatten. Den värmen kan sedan inte fritt stråla ut i rymden igen som infraröd strålning eftersom växthusgaserna delvis absorberar den. Effekten blir att jordens temperatur stiger till dess att en ny jämviktstemperatur uppnås. Vattenångan står för den största delen av växthuseffekten. Genom en hävstångseffekt ökar halten vattenånga då andra växthusgaser ökar. Hävstångseffekten beror på att halten vattenånga i luften är temperaturberoende. Att växthuseffekten ökat anser man beror på de höga utsläppen av koldioxid. Även halten av metan, lustgas, marknära ozon samt freoner anses bidra till växthuseffekten. Det finns även gaser som har motsatt effekt, till exempel svaveldioxid (SO2). Svaveldioxid höjer atmosfärens förmåga att reflektera solens strålar. Den orsakar också försurning.
Förenta nationernas klimatkonferens 2009
Mötet började den 7 december. USA lägger fram ett förslag om att landet ska minska utsläppen med 17 % fram till 2020 jämfört med 2005. Den lilla önationen Tuvalu lade den 9:e fram ett radikalt förslag om att temperaturökningen ska stanna på 1,5 grad. Världsmeteorologiorganisationen WMO presenterade data som visade att 2009 var det femte varmaste året sedan mätningarna startade. Dagen efter diskuterades Tuvalus förslag, som fick stöd av andra önationer men kritiserades av Kina och Indien. Måndagen den 14 december kritiserade länderna i G77-gruppen EU för att försöka frångå Kyotoprotokollet. Framsteg gjordes mot avverkningen av skog genom skogsavtalet REDD. På tisdagen började den delen av mötet där ministrar närvarade och diskuterade med varandra. EU klargjorde att man ville ha ett nytt avtal eftersom USA och Kina inte skrev under Kyotoprotokollet. USA motsatte sig ett sådant protokoll. På onsdag höll statscheferna tal samtidigt som det stod klart att förhandlingarna var i kris. Hugo Chávez höll ett uppmärksammat tal där kapitalismen utmålades som orsaken till problemet. Maldiverna var ett land som riskerade att drabbas hårdast av den stigande vattennivån och landets president talade och tryckte på för att begränsa temperaturökningen till 1,5 grad. Ett danskt försök att försöka få fart på förhandlingarna skapade upprörda känslor bland u-länderna. Förslaget gick ut på att skrota Kyotoprotokollet och att dela upp u-länderna i olika med olika krav beroende på ekonomisk utveckling. Dagen efter stod det klart att det inte kommer att bli ett avtal utan arbetet utgår från olika spår. Den 18 december anlände Barack Obama och upprepade vad USA tidigare lovat om en minskning av utsläppen med 17 %. USA förde samtal med enskilda länder. Mötet slog fast att den globala temperaturökningen inte får bli större än två grader och att de globala utsläppen måste minska. De olika utfästelser som olika länder gjorde före och under mötet finns med i slutprotokollet, men inga bindande krav. I-länderna förband sig att ge 30 miljarder dollar till u-länder i form av klimatbistånd. Ett område där konkreta resultat skedde var frågan om avskogning där ett system togs fram för hur i-länder ska kunna skjuta till pengar för att förhindra avverkning i u-länder. Flera u-länder motsatte sig att ett bindande avtal skulle bli resultatet av mötet, där Kina pekades ut som den mest drivande. Alla länder deklarerade inte att de skulle skriva under protokollet. De som efter mötet deklarerade att de inte kommer att skriva under var Bolivia, Venezuela, Nicaragua, Kuba, Sudan och Tuvalu. EU hade innan mötet lovat en minskning med 30 % av utsläppen inom en tioårsperiod. Efter mötet ändrades detta till endast 20 % minskning. Miljöpartisten Maria Wetterstrand var mycket besviken över mötet. I en debattartikel i Dagens Nyheter efter konferensen beskrev hon det som ett "monumentalt nederlag". Särskilt kritisk var hon mot att inget konkret avtal skrevs under och att viktiga beslut inom miljöområdet sköts på framtiden. Mot bakgrund av misslyckandet ansåg hon att det behövs ett nytänkande inom FN-systemet om hur klimatförhandlingar bedrivs. Hon efterlyste också en klimatprogressiv allians, bestående av länder både från nord och syd, som tillsammans kunde gå i bräschen i det globala arbetet mot växthuseffekt och andra miljöproblem. Miljöminister Andreas Carlgren menade att huvudorsaken till det misslyckade mötet var att USA och Kina helt enkelt inte ville gå lika långt som övriga länder. Den beskrivningen kritiserade dock socialdemokraten Lena Sommestad. Hon menade att Danmark och Sverige också har bidragit till misslyckandet. Tillsammans skapade Danmark, som var arrangör för mötet, och Sverige, som var EU:s ordförandeland, enligt Sommestad en oöverstiglig klyfta mellan industriländer och utvecklingsländer.
Kemisk jämvikt
Kemiska jämvikter kan delas upp i homogena jämvikter och heterogena jämvikter. Som exempel på gasjämvikter brukar jämvikten nedan ges. Förhållandet mellan produkter och reaktanter i den här reaktionen kan beskrivas med en jämviktskonstant som definieras på följande sätt. Surt regn som medför lägre pH påskyndar urlakningen. På 1970-talet innehöll de fossila bränslena höga halter av svavel, något som nu minskat. Detta på grund av att svavlet vid förbränning oxideras till svaveldioxid. Får detta sedan reagera med syre och vatten bildas svavelsyra. Detta har ett väldigt lågt pH och leder till försurning. 2 SO₂(g) + O₂(g) + 2 H₂O(l) → 2 H₂SO₄(aq). Det som gör att försurningen än idag fortsätter trots minskad mängd svavel är bland annat salpetersyra som bildas i förbränningsmotorer. Vid höga temperaturer reagerar syre och kväve och bildar kväveoxid. Detta reagerar i sin tur med syrgas och bildar då kvävedioxid. Denna löser sig i vatten som finns i luften och efter ytterligare några reaktioner bildas den starka salpetersyran. Totalformeln syns nedan. Surt vatten, från regn, når senare berggrunden och orsakar kemisk vittring, då omvandlas mineralen och löses upp i vatten. Berget sönderdelas och detta leder till omformningar i landskap. Försurning och lägre pH kommer medföra att färre växter och djur trivs. Ett försurat grundvatten kommer direkt att påverka oss människor. Detta är ej reversibla reaktioner. Detta hör ihop med jämvikten på så sätt att vi måste minska reaktanterna för att produkterna ska minska. De starka syrorna som protolyseras fullständigt gör stor skada, koncentrationen av H⁺ ökar och pH minskar. Att minska SO₂ är lättare, man kan använda mindre svavelhaltiga bränslen. Syrgas och kvävgas som båda finns i luften är svårare att minska. Man måste då se till så att dessa inte upphettas till så höga temperaturer, detta sker som sagt i förbränningsmotorer. När man pratar om urlakning inom jordbruk och försurning sammanhang så menar man när pH-värdena är så låga att närsalter och oorganiska jonföreningar i marken löser sig och följer med vattnet vilket gör marken näringsfattig av de utarmade närsalterna. Markpartiklar har negativ laddning och binder positivt laddade joner. Oxoniumjoner i vattnet byter plats med dessa joner, det sura regnet hör alltså till en stor del som orsakar de lägre pH-värdena och påskyndar på så vis urlakningen. En ökad koncentration av oxoniumjoner förskjuter jämviktsläget så att närsalternas positiva joner störs och fler markbundna joner löses i vattnet. Aluminiumjoner och järnjoner hör också till dessa markbundna joner, de har olika oxidationstal (+II eller +III) och olika löslighet beroende på pH-värdet och tillgången på syre i marken. I marken är kalksten mer lättvittrad än urbergets bergarter. Det omvandlas därför till finkornigt material. Lera är det finkornigaste materialet i jorden, det består av olika silikater vilket är kemiska föreningar av kisel och syre. Alltså finns det rester av vittrad kalksten i lera. I åkerjord finns det mycket kalk, åkerjord innehåller buffertsystem t.ex. vätekarbonatjoner och karbonatjoner, därför kan de motstå försurningen. Försurningen orsakar korrosionsskador på rör, ledningar och betongkonstruktioner i marken. Alla dessa skador beror på förskjutningar av heterogena jämvikter. Jordens yta är till 71 % täckt av vatten och den största andelen vatten är hav. Eftersom vatten är en så pass stor del av jordens yta är det en väldigt viktig del av koldioxidens kretslopp, havet tar upp en fjärdedel av den koldioxid vi producerar genom att förbränna fossila bränslen. Haven ser till att koldioxidens påverkan på klimatet begränsas genom att lösa koldioxidmolekyler i haven istället för att stiga upp i atmosfären och bidra till ökad växthuseffekt. Kolsyra är en svag syra. Ju mer koldioxid som havet löser ju mer kolsyra kommer bildas och desto lägre kommer pH-värdet att bli.
Beboelig zon
Beboelig zon (engelska: Habitable zone, HZ) är inom astronomi en region i rymden där förhållandena är fördelaktiga för att upprätthålla liv. Det finns två kriterier som anses behöva uppfyllas samtidigt för att det ska vara troligt att liv ska kunna existera. Himlakroppen ska dels befinna sig inom den cirkumstellära beboeliga zonen i ett solsystem och dels ska solsystemet befinna sig inom den galaktiska beboeliga zonen i galaxen (dock är forskning på främst den senare punkten tunn). Zonen kallas också "ekosfär", "gröna bältet" eller "Guldlockzonen" (eftersom det vare sig är för varmt eller för kallt utan precis lagom, och anspelar på folksagan Guldlock och de tre björnarna). I vårt eget solsystem anses den beboeliga zonen sträcka sig från 0,95 till 1,37 astronomiska enheter vilket innebär att jorden befinner sig ganska nära den inre gränsen. Planeter och månar är de främsta kandidaterna till att vara beboeliga och därmed kapabla att hysa utomjordiskt liv. Gliese 581c, den andra planeten hos den röda dvärgstjärnan Gliese 581 (ungefär 20 ljusår från jorden), är så här långt det bästa exemplet på en exoplanet som ligger i en bana inom den teoretiskt beboeliga zon som omger dess stjärna. Inom vårt solsysystem anses det att en planet måste ligga inom den beboeliga zonen för att kunna uppehålla liv. Den cirkumstellära beboeliga zonen (eller ekosfären) är ett teoretiskt sfäriskt skal som omger stjärnor, där yttemperaturen på eventuella planeter kan tillåta flytande vatten. Just flytande vatten tros vara nödvändigt för liv på grund av dess roll som lösningsmedel i biokemiska reaktioner. 1959 beskrev fysikerna Philip Morrison och Giuseppe Cocconi zonen i en forskningsartikel från SETI. Genom att sätta dessa båda effekter lika med varandra får man fram att planetens temperatur blir. Om man tillämpar detta uttryck på jorden får man fram att jordens temperatur borde vara -26 C, vilket skulle betyda att jorden ligger utanför den beboeliga zonen. I den här beräkningen har man inte tagit hänsyn till effekten av växthusgaser såsom vatten, koldioxid och metan. Dessa absorberar en del av den strålning som jorden strålar ut, vilken ligger i det infraröda området, och strålar sedan tillbaka den mot jorden, som därigenom värms upp mer. I mer detaljerade modeller så bestäms den inre gränsen för den beboeliga zonen av när instrålningen leder till en lavinartat växthuseffekt på grund av att vattnet förångas och ger en allt starkare växthuseffekt, och den yttre gränsen bestäms av när koldioxiden fryser ut ur atmosfären och inte längre bidrar till en växthuseffekt. Det finns också andra effekter som påverkar yttemperaturen på en planet, till exempel rotationsaxelns lutning. Situationen blir än mer komplicerad för en måne som kretsar kring en planet. Bortsett från att den tar emot strålning från sin stjärna, kommer den också att ta emot strålning från sin planet och planetens tidvattenskraft kan därtill bli ännu en värmekälla. En måne skulle därför kunna ha en högre temperatur än sin planet, och Heller och Barneshar visat att man kan tala om en cirkumplanetär beboelig zon, som, förutsatt att planeten ligger i den cirkumstellära beboeliga zonen, bara har en inre kant innanför vilken uppvärmningen från planeten blir alltför stor. Vissa av Jupiters och Saturnus månar misstänks ha oceaner av vatten under ett tjockt istäcke,. Detta gäller främst Jupiters måne Europa men även Ganymedes och Callisto såväl som Saturnus måne Enceladus. Dessa oceaner skulle hållas flytande av de närliggande planeternas omfattande gravitationella tidvattenkrafter som de utövar på månarna. Även Saturnus största måne Titan har spekulerats kunna ha en ovanlig form av liv på dess kalla yta där sjöar av flytande metan och etan kan finnas. Rymdsonden Cassini har sett tydliga tecken på sådana sjöar.
Biosfär
Biosfären kan ha olika men liknande betydelser. Begreppet kan syfta till massan av alla levande organismer inom litosfären, hydrosfären och atmosfären. Biosfären kan också syfta till summan av jordens alla ekosystem - det tunna skikt som finns kring jordklotet som hyser biologiskt liv. Ozonskiktet, jordens hav och växter som producerar syre är några av de komponenter som ingår i biosfären. Termen biosfär myntades 1875 av geologen Eduard Suess. Trots termens geologiska ursprung så omfattade den från början influenser från andra fält och vetenskapsmän som Darwin och Matthew Fontaine Maury. Biosfären är ett interdisciplinärt koncept som omfattar astronomi, geofysik, meteorologi, biogeografi, evolution, geologi, geokemi, hydrologi och, rent generellt, all forskning kring livet och jorden. Livet på jorden uppkom enligt aktuell forskning för 3,5 miljarder år sedan strax efter jordens nerkylning så att vatten fanns i flytande form. De äldsta omdiskuterade tecknen på liv är förstenade bakterier som hittades i australiska stenar. I 3,9 miljarder år gamla mineraler från grönländska borrtagningar hittade man differenser i proportioner av kolisotoper som tyder på biologisk ämnesomsättning. Kanske är livet ännu äldre. Den värme som kommer från solen är nödvändig för att liv ska kunna existera på jorden. Men detta är inte det enda kravet. Först måste det till ett lämpligt tungt objekt som med sin gravitation kan hålla kvar en atmosfär med syre och som därmed kan hålla kvar den inkommande värmen från solen en längre tid, men dock inte för länge. Men inte heller detta räcker för att uppfylla livets krav på miljö. Detta objekt måste ha ett visst avstånd för att det ska fungera. Jorden har råkat hamna på ett perfekt avstånd från solen. Skulle Jorden byta plats med Venus skulle jorden utvecklas till en planet med väldigt hög växthuseffekt, med ständigt mulet väder, åskan skulle vara ett vardagsväder. Isarna kring polerna skulle smälta, och landområden som Skåne och andra låglänta områden i världen skulle hamna under vatten. Till slut skulle haven börja koka efter att växthuseffekten hela tiden får lufttemperaturen att stiga. Skulle istället jorden byta plats med Mars hade faktiskt livet klarat sig ganska bra. Polernas is skulle växa till och kanske täcka nordkalotten så långt att de skulle kunna täcka i höjd med Sverige och lika mycket i söder. Antarktis is kanske skulle ta sig upp till Nya Zeeland. Öknarnas utbredning skulle bromsas - de kanske till och med skulle grönska. Med livet ändrade sig jordens utveckling och jordskorpans utseende tydligt. Syreandelen i atmosfären ökade och jordens albedo ändrade sig. De senaste ändringarna sker huvudsakligen genom människans påverkan. Befolkningen ökar snabbt, idag huvudsakligen i utvecklingsländer. Det amerikanska Biosphere 2, det ryska Bios-3 och det japanska Biosfär J är tre försök att skapa konstgjorda biosfärer.
