Skleníkový jev – co to vlastně je?

Definice

„Skleníkový jev“ je běžné sousloví, které všichni slyšeli a četli už mnohokrát, často také v mezinárodnější formulaci „skleníkový efekt“. A ke kterému potkali i všelijaká vysvětlování a kreslená schémata, většinou zmatená, matoucí, neužitečná. Nebo sice ne nesprávná, ale neúplná. Některá vysvětlení chápou skleníkový efekt jen jako stav, pouhou odchylku průměrné přízemní teploty na Zemi od myšleného stavu bez tohoto jevu.

Jiná, mnohem užitečněji, jako proces, který je různě silný v různých místech a různých dobách. Proces, který lze vyjádřit veličinou, která se již dlouho měří. A v tomto smyslu je velmi snadné tento termín vysvětlit:

Podrobná definice:

Skleníkový jev je fyzikální proces spočívající v tom,
že na povrch planety sálá nejen Slunce,
ale také její vlastní atmosféra.

Kratičká definice:

Skleníkový jev – to je sálání atmosféry na povrch planety.

Ono sálání, to je dlouhovlnné infračervené záření. Takové vydává vlivem své teploty každé prostředí, pokud je schopno na příslušných vlnových délkách vyzařovat.

Čeština má výhodu, že pro toto všudypřítomné mohutné (v interiéru běžné teploty sálají zdi výkonem přes 400 W/m²) elektromagnetické záření má takové krátké pojmenování – asi všichni víme, že na nás sálají například rozpálená kamna. V angličtině takové slovo chybí.

Sálání atmosféry na povrch (v globálním průměru činící 1/3 kW/m²) samozřejmě způsobuje, že teplota povrchu je vyšší, než by byla bez něj, bez skleníkového jevu.

K pochopení té „schopnosti vyzařovat“ je v případě Země potřeba dodat už jen to, že hlavní složky jejího ovzduší, N₂, O₂ a Ar, takové elektromagnetické záření nevyzařují. Na mnoha vlnových délkách vyzařují až plyny s alespoň třemi atomy v molekule (zvané skleníkové plyny) a v celém spektru pak, dle své teploty, všechny aerosoly a oblačnost (krystalky ledu či kapičky vody).

A k pochopení toho, že úhrn onoho sálání ovzduší na povrch je nesmírně významný, se hodí připomenout, že na Venuši je mnohonásobně větší než úhrn sálání slunečního (a proto je povrch rozpálený jako v peci), na Zemi je „jen“ dvakrát větší (a naše planeta je díky tomu dobře oživená). A případně, že na Marsu je skleníkový jev slabší než oslunění – ač je tam nad metrem čtverečním stejně CO₂ jako na Zemi, další plyny tam už skoro žádné nejsou a velmi nízký atmosférický tlak způsobuje, že sálání oxidu uhličitého zabírá mnohem menší část spektra než nad povrchem naší planety (tzv. spektrální čáry se u nás srážkami molekul rozšiřují).

Jiné formulace a vizualizace

Definice skleníkového jevu jakožto sálání ovzduší na zem se implicitně vyskytuje i uvnitř prvního odstavce druhé stránky expertního stanoviska AV ČR „Planeta ve skleníku“ z roku 2020:

A většina celkové energie absorbované v atmosféře se dlouhovlnným zářením dostává dolů na zemský povrch. Tento tzv. skleníkový efekt zásadním způsobem ovlivňuje zemské klima. Bez něj by byla průměrná povrchová teplota Země, pokud by měl stejnou odrazivost, okolo -18 °C

Explicitně je pak v dalším stanovisku z téhož roku, Klimatická změna – fenomén současnosti:

Skleníkový efekt atmosféry, tedy vyzařování části energie pohlcené atmosférou směrem k zemskému povrchu, je přirozený jev. Navyšuje globální teplotu na Zemi o cca 33 °C na průměrných cca 15 °C před počátkem současné klimatické změny, a tím činí Zemi obyvatelnou.

Totéž znění je i na začátku oddílu Skleníkový efekt v Encyklopedii ekologického zemědělství, str. 630 z roku 2025.

Ve dvou větách je definice s týmž vyzněním též uvnitř příslušného hesla v Glossary of Meteorology udržovaného Americkou meteorologickou společností: „Záření emitované dolů z atmosféry se přidává k ohřevu zemského povrchu sluncem. Toto zesílené ohřívání se nazývá skleníkový efekt.“

Radiation emitted downward from the atmosphere adds to the warming of Earth’s surface by sunlight. This enhanced warming is termed the greenhouse effect.

Formulace shodná s tou v úvodu, ale zaměřená pouze na Zemi, je uvedena v příloze na str. 90 publikace Klima a koloběhy látek z roku 2014, zde uvádíme její anglickou verzi (je ve stejném adresáři), příloha samotná je dostupná na stránce https://amper.ped.muni.cz/gw/jev/dobre/:

Greenhouse effect is a physical process in which the surface of the Earth is irradiated not only by Sun, but by the air itself too. Thanks to that the average temperature of Earth surface is over ten degrees Celsius. Without this effect, it would be deep below zero.

Nejužitečnější pro pochopení skleníkového jevu a jeho zesílení může být animace oné přílohy, viz stránku Ekologického institutu Veronica https://www.veronica.cz/animace-a-grafy-o-zmene-klimatu nebo přímo 3min animaci na youtube, https://www.youtube.com/watch?v=z94XxT261j8.

Definice skleníkového jevu jakožto sálání ovzduší na zem umožňuje důležitou věc: totiž jeho kvantifikaci a změny v čase. K tomu viz podrobný článek (17 stran) Jak velký je skleníkový jev? s různými schématy (které zde neopakujeme) a grafy.

Pohled zvenčí

je též možný, ale o tom, proč na povrchu Země dlouho panovala teplota v zažitých mezích, přímo nic neříká.

Při „pohledu“ z vesmíru, tedy rozborem spektra dlouhovlnného záření, se zjistí, že jen malinká část sálání se dostane pryč rovnou z povrchu, a to jen z míst nezakrytých oblačností a na vlnových délkách, v nichž skleníkové plyny nesálají ani záření nepohlcují. Valná většina dlouhovlnného záření uniká až z velkých výšek, kde je vzduch nesmírně chladný a sálá tedy málo. Úhrn onoho sálání do kosmu je proto výrazně menší než úhrn sálání ovzduší na povrch. Do vesmíru sálala Země stejně mnoho, jako pohlcovala slunečního záření. Deset tisíc let proto byla teplota povrchu téměř konstantní.

Příznivou teplotu povrchu takový „vnější pohled na skleníkový efekt“ pak vysvětluje tím, že v rovnováze s kosmem jsou ony vysoké, velmi chladné vrstvy ovzduší. A že v troposféře, promíchávané spodní části atmosféry, teplota postupně až k povrchu stoupá.

Z takového vnějšího pohledu vychází i vysvětlení teploty povrchu a jejího nynějšího nárůstu pomocí analogie v Kodaňské diagnóze:

1. Není už skleníkový efekt saturovaný, takže se přidáváním dalšího CO₂ ne­změní?

Ne, ani vzdáleně není. Není saturovaný dokonce ani na planetě Venuši s maximalizovaným sklení­kovým jevem, jejíž stokrát hmotnější atmosféra je tvořena z 96 % CO₂ a teplota na povrchu do­sahuje 467 °C, což je více než na Merkuru (Weart and Pierrehumbert 2007). Důvod je jednoduchý: jak stoupáme atmosférou vzhůru, vzduch je stále řidší. Teplo uniká ze Země zářením do vesmíru většinou z vyšších hladin atmosféry, nikoli od povrchu – v průměru z výšky okolo 5,5 km. A právě tam na přidání dalšího CO₂ záleží. Když takový další oxid uhličitý přidáme, vrstva přiléhající k po­vrchu Země, v níž je efekt CO₂ do značné míry saturován, ztloustne – lze si to představit jako vrst­vu mlhy viditelnou pouze v infračervené oblasti. Když tato „mlžná vrstva“ ztloustne, záření může do vesmíru unikat pouze z vyšších hladin atmosféry, kde atmosféra nakonec dosáhne teploty radiační rovnováhy −18 °C. Takový posun „plochy sálající do vesmíru“ směrem vzhůru znamená ve vý­sledku teplejší povrch, protože směrem dolů se teplota ovzduší zvyšuje průměrně o 6,5 °C na kaž­dý kilometr, jak se klesající vzduch stlačováním ohřívá. Zvětšení „mlžné vrstvy CO₂“, která obklopuje naši Zemi, o 1 km tedy vede k ohřátí podnebí na povrchu o zhruba 6,5 °C.

Opačným směrem jde vysvětlování v Glosáři AR6 (tam str. 18), totiž od povrchu vzhůru. Je správné, ale „definici“ formuluje kruhem – „Skleníkový efekt je infračervený radiační efekt všech infračerveně absorbujících složek atmosféry“ (táž „nedefinice“ je i v terminologickém slovníku OSN, převzatá z AR5):

Greenhouse effect The infrared radiative effect of all infrared absorbing constituents in the atmosphere.
Greenhouse gases (GHGs), clouds, and some aerosols absorb terrestrial radiation emitted by the Earth’s surface and elsewhere in the atmosphere. These substances emit infrared radiation in all directions, but, everything else being equal, the net amount emitted to space is normally less than would have been emitted in the absence of these absorbers because of the decline of temperature with altitude in the troposphere and the consequent weakening of emission. An increase in the concentration of GHGs increases the magnitude of this effect; the difference is sometimes called the enhanced greenhouse effect.

Podobně i v Glosáři AR4, kde se skleníkový jev „definuje“ jako zadržování tepla v systému povrch-troposféra:

Skleníkový efekt
Skleníkové plyny účinně pohlcují tepelné infračer­vené záření emitované povrchem Země, samotnou atmosférou vlivem těch samých plynů a oblačností. Záření atmosféry je emitováno všemi směry, tedy i dolů k povrchu Země. Skleníkové plyny tak za­držují teplo uvnitř systému povrch-troposféra. Toto se nazývá skleníkový jev. Tepelné infračervené zá­ření v troposféře silně souvisí s teplotou atmosféry ve výšce, v níž je emitováno. V troposféře obecně teplota klesá s výškou. Úhrn infračerveného záření emitovaného do vesmíru býval takový, jako by po­cházelo z výšky s průměrnou teplotou −19 °C, což bylo v rovnováze s přicházejícím slunečním zá­řením, zatímco povrch Země byl udržován na mnohem vyšší průměrné teplotě +14 °C. Nárůst koncentrací skleníkových plynů vede ke zvýšené neprůsvitnosti atmosféry v infračervené oblasti spektra, a tudíž k tomu, že do vesmíru odchází zá­ření až z větší výšky s nižší teplotou. Tak vzniká radiační forcingpůsobení, kterýé vede k posílení sklení­kového efektu, takzvanému zesílenému skleníkové­mu jevu. (Mění se i záření z ovzduší na zem, které nyní pochází z nižších, a tedy teplejších vrstev ovzduší – pozn. Překl.)

(V upravené citaci - nikoliv už v hyperlinku do Glosáře, v němž by to bylo vhodné též opravit - je zde nahrazen zavádějící termín „radiační působení“ termínem správným, jednoznačným: radiační forcing.)

Zvenčí se můžeme dívat i na skutečný skleník. I tam platí, že vzhůru z něj odchází jen sálání skla, které bývá chladnější než prostředí pod ním. A že sklo, které se vůči dlouhovlnnému infračervenému záření chová jako černé, sálá dolů do skleníku více, než by sálal chladnější vzduch nad skleníkem. Sklu se podobá každá vrstva oblačnosti: sluneční záření v nějaké míře propouští, jeho infračervenou část (vlnové délky pod 3 mm) ale už většinou pohltí, delší vlnové délky sálání „pozemského“, terrestrického pohlcuje zcela a také na všech těch délkách sálá, je pro ně také černá, jen ne lesklá.

V případě skleníku bývá ale pro udržení zvýšené teploty uvnitř ještě důležitější, že vlhký teplý vzduch je tam uzavřen, neuniká valně ven. (I v tom se mu ale naše planeta vlastně podobá, teplý vzduch u povrchu též nemizí do chladného vesmíru...)

Interpretace sousloví „skleníkový efekt“ jen jakožto výsledku procesu

Meteorologický slovník jej definuje skleníkový jev jako „oteplení nižších vrstev atmosféry“

efekt skleníkový
oteplení nižších vrstev atmosféry v důsledku selektivní absorpce záření, konkrétně schopnosti atmosféry propouštět většinu slunečního krátkovlnného záření k zemskému povrchu a pohlcovat dlouhovlnné záření zemského povrchu. Dlouhovlnné záření v atmosféře pohlcují tzv. skleníkové plyny, především vodní pára (asi z 60 %), oxid uhličitý (přibližně 26 %), dále metan, oxid dusný a další plyny (ozon, freony…). Tím se atmosféra ohřívá a předává zpětným zářením energii k zemskému povrchu, což vede ke zmenšování efektivního vyzařování zemského povrchu, a tedy snížení jeho radiačního ochlazování. Analogické poměry jsou ve sklenících a pařeništích, kde tomu ale není primárně v důsledku selektivní propustnosti skla pro krátkovlnné a dlouhovlnné záření, ale spíše z důvodu izolovaného prostoru, který brání mechanické ventilaci tepla. Viz též klima skleníkové, mitigace.

V hesle se užívá termín „zpětné záření“, který by mohl navodit dojem, že sálání ovzduší na zem, čili skleníkový jev jakožto proces, je jen reakcí na sálání povrchu vzhůru (v neodborných vysvětleních skleníkového jevu se to tak opravdu uvádí).

Tak to ovšem není, teplotu různých vrstev ovzduší zvyšují i vzestupné proudy vzduchu ohřátého při povrchu a ovšem kondenzace vodní páry. Sálání dopadající na povrch není proto jen reakcí na sálání vzhůru. To kompaktně (ale se zastaralými údaji) ukazuje schéma na wikipedii, chápající skleníkový jev jako recyklaci. Schéma ale opomíjí, že sálání ovzduší na povrch je vyšší i díky ohřevu ovzduší přímo slunečním zářením – nejen jeho malou částí ultrafialovou, pohlcovanou už ve velkých výškách, ale především krátkovlnným infračerveným zářením, do velké míry pohlcovaným vodní parou (které je nejvíce v teplé části troposféry) i oblačností.

Slovník je jinak vynikající, viz i hyperlinky z hesla.

Velmi stručně to podobně formuluje také heslo v Glosáří americké Národní meteorologické služby:

GREENHOUSE EFFECT The warming of the atmosphere by the trapping of earth's longwave radiation being radiated to space. The gases most responsible for this effect are water vapor and carbon dioxide.

A naopak podrobně (zde jen začátek a konec hesla) také Německá meteorologická služba - Wetter und Klima - Glossar - T – Treibhauseffekt:

Unter Treibhauseffekt versteht man die Erhöhung der Temperatur der unteren Atmosphäre sowie des Bodens aufgrund der Strahlungswirkung von Treibhausgasen. ... Der in Richtung Erdoberfläche abgegebene Anteil führt zu einer zusätzlichen Erwärmung der unteren Atmosphäre und Erdoberfläche.

Závěrečná věta je téměř definice – „Podíl (záření) odevzdaný směrem k povrchu vede k dodatečnému ohřevu spodní části ovzduší a zemského povrchu.“

Poukaz na proces, ale nejasný

Německé heslo Wikipedie: Skleníkový efekt je působení skleníkových plynů, které zabraňují šíření „tepelného záření“ ovzduším a tak způsobují na povrchu planety vyšší teplotu:

Der Treibhauseffekt ist die Wirkung von Treibhausgasen, die in einer Atmosphäre die Ausbreitung der Wärmestrahlung behindern und so eine höhere Temperatur auf der Planetenoberfläche bewirken.

Schémata k tomu jsou tam podobně málo vypovídající.

Katalánský meteorologický slovník, heslo efecte d'hivernacle: Fenomén, který spočívá v ohřevu atmosféry v důsledku její propustnosti pro sluneční záření a pohltivosti záření terestrického:

Fenomen que consisteix en l'escalfament de l'atmosfera a causa de la seva transparència a la radiació solar i absorció de la radiació terrestre.

NASA zahajuje větou: Skleníkový efekt je proces, kterým se teplo zachytí blízko zemského povrchu látkami známými jako skleníkové plyny...

The greenhouse effect is the process through which heat is trapped near Earth's surface by substances known as 'greenhouse gases.'

Může z takových „definic“ někdo pochopit, jak to funguje?

Vysvětlení chybná

Příkladem je heslo NOAA v jejím Weather Glossary:

Greenhouse Effect
The heating effect caused by gases in the atmosphere absorbing heat (solar radiation) instead of letting it escape back into space.

Hlavní chyba formulace je tvrzení, že jde o oteplující efekt působený plyny, které absorbují sluneční záření.

Ještě mnohem horší je vysvětlení Britské geologické služby:

The greenhouse effect: some of the infrared radiation from the Sun passes through the atmosphere, but most is absorbed and re-emitted in all directions by greenhouse gas molecules and clouds. The effect of this is to warm the Earth’s surface and the lower atmosphere. BGS © UKRI.

„Nějaké sluneční infrazáření pronikne ovzduším“ – je li Slunce vysoko na bezoblačném nebi, většina i toho projde (světla přes 9/10). Až je-li velmi nízko na nebi, je většina pohlcena vodní párou, čímž se ovzduší prohřívá. Ale emise na tom záleží jen nevelmi. Podstatné je infrazáření mnohem větších vlnových délek, terestrické, zemské, které ovzduší emituje díky ohřevu od povrchu. „Sluneční infrazáření“ molekuly neemitují. Geologové tomu asi nerozumějí ani za mák...