Neviditelné plyny jako pevná zeď

Psal se rok 1859, Charles Dickens právě pracoval na románu Nadějné vyhlídky a Charles Darwin se chystal publikovat své revoluční dílo o evoluci nazvané "O vzniku druhů přírodním výběrem". Nedaleko ulice Piccadilly v Londýně, ve sklepní laboratoři budovy Královské Instituce Velké Británie, se irský fyzik John Tyndall zamýšlel nad otázkou, jestli vzduch pohlcuje světlo. Nevěřil, že průhledné plyny, které tak snadno propouštějí viditelné světlo, by mohly pohlcovat světlo infračervené, tedy záření jen s trochu delší vlnovou délkou. Aby měl jasno, rozhodl se udělat experiment.

Experimentální měření

Potřeboval tři součásti: zdroj infračerveného záření, detektor infračerveného záření a plnitelnou trubici na plyn, kterou by záření procházelo. Jako zdroj infračerveného záření použil malý plamínek.

K měření jeho intenzity použil termočlánek s galvanometrem. Galvanometr měl pomocí naměřeného elektrického proudu změřit množství infračerveného záření, které na termočlánek dopadalo, jenže po spuštění ukazoval nesmyslné údaje, ručička všelijak kolísala. Tyndall galvanometr rozdělal a objevil závadu. Zelené barvivo hedvábí, kterým byly obalené dráty, obsahovalo nepatrné částečky mědi. Když hedvábí vyměnil za bílé, galvanometr fungoval správně.

Otázkou ale bylo jak udržet plyn v trubici, kterou měl infračervený paprsek procházet? Tyndall potřeboval, aby byly oba konce trubice průhledné, jenže sklo použít nemohl, protože to infračervené záření pohlcuje. Metodou pokus - omyl došel k závěru, že nejlepší materiál, který infračervené světlo propouští, jsou tenké plátky kamenné soli. Udělal z nich zátky na obou stranách trubice, a aby plyn neměl kudy unikat, utěsnil je kroužky z vulkanizované indické gumy, namazanými směsí včelího vosku a tuku z vorvaně.

Konečně mohl pokus začít! Nejdříve naplnil trubici kyslíkem, ale na infračervené záření to nemělo žádný patrný vliv. Vyzkoušel dusík a vodík, ale detektor nezaznamenal žádné změny. Teprve když se mu do trubice dostala troška ozónu, kyslíku s nepatrně jiným tvarem molekuly než O2, zaznamenal sníženou průchodnost záření. Podobné to bylo s vodní parou, metanem i oxidem uhličitým. U plynu zvaného etylén zaznamenal pohlcení infračerveného světla až o 81%.

Popis skleníkového efektu

10. června 1859, na večerním setkání Královské Instituce, popsal John Tyndall princi Albertovi a dalším kolegům svůj první experimentálně ověřený důkaz jevu, pro který se ujal název skleníkový efekt. Když sluneční záření dopadne na zemský povrch, část se odrazí jako záření, na které jsou naše oči přizpůsobené, a díky kterému vidíme pestrobarevnou mozaiku světa okolo nás – viditelné záření.

To snadno proletí atmosférou zpět do vesmíru, pokud v cestě nestojí mraky. Část slunečního světla se ale odrazí jako světlo s nižší frekvencí, které již pro nás viditelné není – infračervené záření. Do vesmíru již tak snadno odletět nemůže - zachycují ho skleníkové plyny. Sice ho zase vyzáří zpátky, ale jejich zvýšenou koncentrací se vyzařování do vesmíru zpomaluje a tím se atmosféra ohřívá. Vzniká skleníkový efekt.

Velikost skleníkového efektu

Tyndallův pokus byl za uplynulých 150 let mnohokrát zopakován a ověřen. Díky jeho objevu víme, že CO2 v atmosféře nějaké oteplování způsobovat musí, otázkou je jak velké? Na Venuši CO2 způsobuje, že její povrch je teplejší, než povrch Merkuru, přestože je Venuše od Slunce dvakrát vzdálenější. Jenže koncentrace CO2 v zemské atmosféře je oproti Venuši malá, jen několik set částic na jeden milion, a jednu čtvrtinu CO2 pohltí oceány. Plyny jako metan a hlavně vodní pára pohlcují infračerveného záření daleko víc.

Tyndall proto svému objevu nevěnoval velkou pozornost a pokračoval v dalších svých aktivitách, jako zkoumání zvuku, elektřiny a bakterií. Stal se také prvním horolezcem, který zdolal horu Weisshorn a předvrcholek Matterhornu. Zemřel roku 1893 a vášnivých debat o změně zemského klimatu se nedožil. Jak se přišlo na to, že se planeta otepluje a proč je obviňován zejména CO2? To si řekneme příště.