Asiallista ilmastofysiikkaa?

[unbiased]

http://www.lvcsd.k12.ny.us/minisites/ca ... 0Notes.htm
Artikkeli on tavallaan hyvin kirjoitettu. Kuitenkin siinä on puutteita.Viimeinen kappale:

When the Earth’s surface is heated it radiates (sends) most of the energy back into the atmosphere as infrared radiation.

Ø It doesn’t travel all the way to space

Ø It is absorbed by water vapor, carbon dioxide, methane and other gases in the air.

Ø This absorbed energy heats our atmosphere

Ø These gases form a blanket called the “greenhouse effect”

Paha virhe lopussa: "Maan pinnan sähkömagneettinen lämpösäteily jää ilmakehään, jossa sen absorboivat mainitut kaasut ja säteilyn energia lämmittää ilmakehää. Kaasut muodostavat viltin, jota sanotaan kasvihuoneilmiöksi."

Kasvihuonekaasuista kerrotaan

Maassa merkittävimmät kasvihuonekaasut ovat vesihöyry, joka aiheuttaa noin 36–70 % kasvihuoneilmiöstä (pilvet eivät sisälly lukuun); hiilidioksidi (CO2), joka aiheuttaa 9–26 %; metaani (CH4), joka aiheuttaa 4–9 %, sekä troposfäärin otsoni (O3), joka aiheuttaa 3–7 %.[

Huomio kiinnittyy miten vähän kasvihuonekaasuista tiedetään, prosentit ovat hatusta vedettyjä, tai oikeastaan ilmastomalleista saatuja lukuja. Jos kasvihuoneilmiö olisi todella olemassa luvut tiedettäisiin tarkemmin.

Kasvihuonekaasujen määrä on kuitenkin riittävän suuri, että se maan pinnan säteily, joka pidättyy, pidättyy jo 99%:n todennäköisyydellä noin 10 metrin matkalla. Vaikka kasvihuonekaasut ovat hivenkaasuja, niitä on kuitenkin niin paljon, että maan pinnasta singonnut IR-fotoni törmää hyvin todennäköisesti johonkin kasvihuonekaasumolekyyliin ja virittää sen jo muutaman metrin matkalla. Viritystila purkautuu sekunnin murto-osassa ja uusi fotoni sinkoutuu satunnaiseen suuntaan. Sekin on helppo osoittaa, että fotonit risteiltyään sinne tänne palaavat ja absorboituvat takaisin maan pinnalle, jossa fotonin energia muuttuu taas lämmöksi. Kasvihuonekaasut lämmittävät vain maan pinnan läheistä ilmaa ja maan pintaa, jossa lämmön johtuminen on määräävä lämmön siirtymiselle. Kasvihuonekaasuilla on siten mitätön vaikutus lämpötiloihin.

Artikkelissa mainittu viltti on koko ilmakehä, jossa energia on keskimäärin tasaisesti jakautunut. Siihen tilaan ilmakehä on päätynyt aikojen kuluessa. Luonnossa reaktiot ja olomuodon muutokset pyrkivät spontaanisti kohti energiaminimiä. Ei ole mitään konetta, joka pitäisi yllä ilmakehän energiaepätasapainoa. Ilmakehässä potentiaalienergian ja lämpöenergian summa on likimain vakio. Maan pinnalla potentiaalienergia on 0, joten ilmakehän lämpötila on maan pinnan lähellä maksimissaan.

[BorisW]

En oikein ymmärrä mihin pyrit tuolla tekstilläsi. Eihän tuo lyhyt juttu johon viittaat kerro muuta kuin ilmakehässä olevaan lämpöenergiasta, joka on pääasiallisesti peräisin auringosta. Se miten tämä tuleva energia poistuu maapallolta takaisin avaruuteen, jotta maapallo ei lämpenisi liikaa, lämpöä täytyy myös poistua takaisin avaruuteen. Tässä vaikuttaa periaatteessa kaksi prosessia.
1. Suorana maanpinnan lämpösäteilynä (siis sähkömagneettisena säteilynä suoraan kirkkaan taivaan läpi), jossa myös yläpilvet säteilevät lämpöä ns mustan kappaleen ominaisuudessa.
2. Epäsuorasti ilmakehässä olevan vesihöyryn, hiilidioksidin ym kasvihuonekaasujen välityksellä korkealla ilmakehässä.

Teoriassa maahan tuleva säteily on melko tarkalleen samaa suuruusluokkaa kuin poistuva energia ottaen huomioon maapallon omat lämpöenergian siirtelyt eri prosesseissa (jäätiköiden muodostumienen ja sulaminen, merten lämpösisältöjen vaihtelu ym.

Kuvassa ylimpänä punaisena auringosta tuleva kokonaisenergiasäteily ja sinisellä maasta avaruuteen poistuva lämpöenergia säteilemällä ilmastoikkinan kautta ja käyrien kuvastaman mustankapapleen säteily spektri. Alemmat käyrät: prosenteissa ilmakehän absorptio ja sironta, ja allaolevat käyrät: water vapor (vesihöyry), hiilidioksidi, happi ja otsoni, metaani, jne.

[img]

Auringonsätely%20maahan.gif

[/img]

[unbiased]

Jutussa mainittiin "These gases form a blanket called the “greenhouse effect”". Lauseen kai voi ymmärtää, että kasvihuonekaasut lämmittävät maan pintaa. Tämähän on täyttä puppua, kasvihuonekaasut eivät voi olla mitään energialähteitä. LIsäksi yläilmakehässä on kylmä, eikä sieltä voi siirtyä lämpöenergiaa millään keinoin takaisin maan pinnalle.


Tarjosit kuvan, joka ei enää pidä paikkaansa. CO2 spektrin pieni osa laajalle levitettynä on tässä

IR absorbtio tapahtuu hyvin täsmällisin taajuuksin. Kuvassa on aaltoluku cm kohti. 2360 kohdalla aallonpituus on 4,27 mikrometriä. Vanhassa kuvassa kohdalla näkyy leveä kaista 4 mikrometrin kohdalla. Kun vertaa kuvia, voi havaita, että kasvihuonekaasujen absobtiota liioitellaan monin kertaisesti. (Kauppinen on sen myös todennut laskelmissaan.)

Kasvihuonekaasut siis pidättävät maan pinnan termistä säteilyä tietyin taajuuksin. Nämä taajudet katoavat maan lämpösäteilyspektristä (muutaman metrin matkalla) samalla lailla, kun auringon spektristä puuttuvat sen kaasukehän absorboimat taajuudet. Eräs auringon kaasukehän kaasu löydettiinkin ensiksi auringosta sen spektrejä tutkimalla ja kaasu siksi sai nimekseen helium.

Näkyvän valon energia on riittävä, jotta voidaan havaita yksittäisiä spektriviivoja. IR säteilyn energia on vähäinen ja yksittäisten viivojen näkeminen on onnistunut vasta viimeaikoina silloinkin levinneinä.
Lämpöä ei poistu kasvihuonekaasujen välityksellä, vaan kasvihuonekaasut absorboivat tiettyjä taajuksia. Nämä taajuudet puuttuvat maan spektristä. Tosin kuvassa kapeat piikit ovat levinneet kaistoiksi mittauslaitteista johtuen. Kuvaa voi verrata auringon spektriin.

Maanpinnan säteilystä jää osa ilmakehään aivan maan pinnassa. Tämä osa muuttuu lämpöenergiaksi, joka ei poistu avaruuteen suorana maan säteilynä. Tästä syntyy joillekin mielikuva, että kasvihuonekaasut voivat lämmittää. Eivät ne lämmitä tai tuo lisää energiaa. Nouseeko maan pinnan lämpötila kuitenkin kasvihuonekaasujen johdosta? Varmaan vähän nouseekin, mutta tällä alueella lämpöenergian johtuminen ja siirtyminen ilmamassojen mukana on huomattavasti suurempi vaikuttaja lämpötilaan.

[BorisW]

Jutussa mainittiin "These gases form a blanket called the “greenhouse effect”". Lauseen kai voi ymmärtää, että kasvihuonekaasut lämmittävät maan pintaa. Tämähän on täyttä puppua, kasvihuonekaasut eivät voi olla mitään energialähteitä.

Oikeasti sana “blanket” tarkoittaa tässä yhteydessä aivan oikein suomeksi “peitto”. Eihän peitto vuoteessakaan lämmitä ellei siinä ole sisäänrakennettuna sähkövastuksia. Tämä siis tarkoittaa aivan oikein, että tämä “blanket” vain hidastaa lämmön karkaamista ja tämä lämpö taasen on pääosin auringon säteilylämpöä, jonka pitäisi päästä poistumaan avaruuteen. Jollei karkaamista tapahtuisi, maapallon lämpötila lisääntyisi.

Tarjosit kuvan, joka ei enää pidä paikkaansa.

Toki kuva on vanha, mutta se on mielestäni maallikolle paremmin ymmärrettävissä kuin monissa grafikoissa puhutaan aaltoluvuista, jotka kylläkin sopivat paremmin puhuttaessa spektriviivoista; nehän ovat atomeille ja yhdisteille ominaisia ja käytetään nimenomaan spektrianalyysissä.

Sanot sitten vielä, että

lämpöä ei poistu kasvihuonekaasujen välityksellä.

Olenko aivan väärässä sanoessani, että virittyneessä energiatilassa oleva khk-molekyyli törmätessään typpi tai happi molekyyliin niihin voi siirtyä energiaa. Olen lisäksi ymmärtänyt, että maan pinnan tuntumassa lämmennyt ilma kevenee ja lähtee nousemaan ylöspäin; nouseva ilma saa lisälämpöä vesihöyryn kondensoituessa ja jatkaa nousuaan. Saavuttaessa riittävän korkeuden vesipisarat voivat jäätyä, jolloin ne säteilevät yläilmakehän alhaisesta lämpötilasta huolimatta kuin kiinteä kappale jolloin ainakin osa säteilystä poistuu myös ylöspäin kohti tyhjää avaruutta.???

Jälleen kerran väärin ymmärretty "kasvihuoneanalogia"

[unbiased]

Palataan asiaan myöhemmin. Viltti estää lämmön johtumista ja siirtymistä nukkuvasta asunnon ilmaan. Vertaus ei sovi ollenkaan maapalloon, josta lämpöä avaruuteen ei voi johtua tai siirtyä avaruuteen. Ainoa jäähtymistapa on terminen säteily avaruuteen, jossa kasvihuonekaasut ovat mitätön vaikuttaja. Termisen säteilyn määrä riippuu säteilevän kohteen lämpötilasta, säteily-ympäristön lämpötilasta (4. pot.) ja säteilijöitten emissiokyvyistä. Emissiokyky kaasuilla on mitätön verrattuna kiinteisiin tai nestemäisiin aineisiin.

[BorisW]

Unbiased, enkö minä nimenomaan mainitse vesi nesteenä tai kiinteänä säteilee IR:ää ylös kohti avaruutta.

Tähän kysymys, johon en ole toistaiseksi löytynyt vastausta, eli mikä on termosfäärin korkean lämpötilan osuus maapallon (ilmakehän) lämpötaloudessa?

[unbiased]

Tuohon on mahdotonta vastata. Termosfäärin terminen säteily avaruuteen ei riipu yksinomaa lämpötilasta vaan siellä olevan kaasun emissiokyvystä, joista tuskin on olemassakaan tietoa. Tärkeä kerros on stratosfääri, jossa on pilviä, vesipisaroita ja jääkiteitä, joiden emisiiokerroin on jotakin 0,95. Nåiden säteily pääsee liki esteettä avaruuteen.

abc kirjoitti jossakin yhteydessä
Aika erikoinen näkemys Unbiasedilla, että ettei tarvitse lukea ilmakehäfysiikan oppikirjoja eikä alan julkaisuja, kun kaikki tieto on jo omassa päässä. Unbiased: ..."-kineettisen energian (tuuli, mitätön muihin nähden) summa."

Ai siis kineettinen energia, siis tuuli, on mitätön.? Mitenköhän on hirmumyrskyissä laita? Siellä ilmavirtojen kineettisellä energialla on suurikin merkitys, vai eikö? Tai sitten koko maapallon laajuinen tuulisysteemi, joka siirtää energiaa leveysasteiden välillä merkittävästi. Ei mitään vaikutusta, vai?

Hyvä esimerkki ilmastonmuutokseen sitoutuneesta, jolle on syntynyt saamistaan tiedoista puutteellinen käsitys, joka on lisäksi virheellinen, koska ilmiön fysiikka ei ole hallinnassa.

Myrskyn energia

Helposti kuvittelee, että myrskyn energia on merkittävä vaikuttaja ilmakehässä. Hirmumyrskyn energiahan on riittävä tuhomanaan rakennuksia ja aiheuttamaan suuria vahinkoja. Hurrikaanin energian tuottoteho voi olla 200 kertaa suurempi kuin koko maailman tuottaman sähkövoiman teho. Onko siis hurrikaanin energia merkittävä tekijä ilmastossa?

Lämpötila määritellään kaasumolekyylien keskimääräisestä liike-energiasta johtuvaksi suureeksi yhtälön
E = 2/3*k*T (1) avulla. Yhtälössä k = 1,66/10²⁷ J/K on Boltzmannin vakio ja T absoluuttinen lämpötila. Kaava ei ole mikään malli vaan lämpötilan määritelmä fysiikassa. Yksikkö kelvin on valittu Celsiuksen keksimään lämpömittariin yhteen sopivaksi.

Keskimääräinen ilmamolekyylin atomimassa on 28,8 ja sen energiaksi 20 asteen lämpötilassa saadaan yhtälön (1) avulla 2,7/10²¹ J. 1 mooli ilmaa on 28,8 g ja sen energia lämpötilassa 293 K (20C) on 46,7 kJ (28,8*6,0*10²³*2,7/10²¹ J, 6,0*10²³, jossa 6,0*10²³ on Avogadron luku). Ilmakilogramman kineettiseksi energiaksi eli lämpö energiaksi tulee 1600 kJ.

Hirmumyrskyssä tuulen nopeus voi olla 32 m/s = 115 km/h, joten ilmakilogramman tuulienergia on .5*1 kg*(32 m/s)² = 512 J = 0,512 kJ, joka on 0,03% termisestä energiasta. 5 luokan hurrikaanissa tuulen nopeus voi olla yli 70 m/s. Silloin hurrikaanin tuulen energia voi olla 0,15% ilman termisestä energiasta. Hirmumyrskyn energia on siten mitätön verrattuna ilman kokonaisenergiaan, eikä sitä tarvitse huomioida ilman energiaa arvioidessa.

Tuuli kuitenkin kuljettaa mukanaan valtavia lämpöenergiamääriä ja on erittäin merkittävä ilmaston energian siirtäjä ja lämpötiloihin vaikuttaja. Ilman hiilidioksidipitoisuudella ei ole yhteyttä tuulen siirtämään energiaan, koska hiilidioksidi on vain hivenkaasu ilmakehässä eikä sen termodynaamiset arvot poikkea merkittävästi typestä ja hapesta.

[Salopeura]

On mielenkiintoista miten ilman mitään perusteluita voidaan toisten argumentit nollata.

Maanpinta säteilee infrapuna-alueella kun sen lämpotila on suhteellisen alhainen ja tietenkin tämäkin valo liikkuu valon nopeudella. Oleellista ei ole kuitenkaan tämä valon nopeus( kuten kirjoittaja näyttää luulevan) , vaan se että kun säteily kohtaa näitä kasvihuonekaasujen molekyylejä, niin säteilyenergia (ei siis lämpö) siroaa kaikkiin suuntiin. Siitä siis suuri osa palaa takaisin maahan. Maahan tullessaan se absorboituu uudestaan.

En väitä pystyväni laskemaan kuinka paljon tämä mekanismi ilmakehään vaikuttaa, mutta epäilemättä sen merkitystä on jotenkin ilmastomalleissa laskettu ja ainakin karkeasti tunnetaankin.

Tämä keskustelu vaikuttaa kuitenkin aikalailla diletanttimaiselta joten tuskin jaksan tätä seurata kun kuitenkin olen aika diletantti itsekin.

[unbiased]

Olen yrittänyt perustella väittämäni fysiikan avulla. Monet ilmastomallit ja niihin tuetut argumentit ovat ilmastopolitiikkaa, jota pidetään tieteenä. Pitäväthän jotkut astrologiaakin tieteenä. Sekin perustuu malleihin aurinkokunnan planeettojen liikkeistä eikä silti ole tiedettä.

Moni uskoo kasvihuoneilmiöön, koska sitä opetetaan jopa korkeakouluissa. Minulla on käsitys, että ilmiö on mitätön. Jos se olisi todella merkitsevä, sen todisteluun riittäisi yksi selvä kiistämätön havainto. Nykyään sitä todistellaan monilla tavoilla, koska tällainen havainto on jäänyt tekemättä.