En amerikansk fysiker, Thomas E. Shula har for nyligt offentliggjort en artikel, hvor han tager fat på begrebet strålingsbalancen i atmosfæren. Vi har alle hørt om det kortbølgede lys fra solen, der rammer jordens overflade, der derefter sender energien ud igen som langbølget varmestråling (også kendt som infrarødt lys). Noget af denne udgående stråling fanges af drivhusgasserne og sendes tilbage mod jorden, der derved får en højere temperatur, end den ellers ville. Den nuværende øgning i mængden af drivhusgasser i form af vores CO2-udledninger rykker så denne balance mod en højere temperatur og bevirker den globale temperaturstigning.
Fig. 1 viser en typisk afbildning af situationen, denne gang fra NASA. Det indkomne sollys bliver delvist reflekteret af skyer eller jordens overflade, men resten går til opvarmning af jordoverfladen. Herfra udsendes størstedelen af varmen son stråling, der så for en betydelig dels vedkommende sendes tilbage til jorden ved hjælp af drivhusgasserne. Ved siden af er der et lille tab fra såkaldt konvektion, som er en bevægelse i opadgående retning af varme luftmasser. Der er også tale om varmeoverførsel hvor varmere luft ved berøring giver en højere temperatur til overliggende koldere luft. Men konvektion og varmeoverførsel tegner sig kun for en ganske lille del af varmetabet fra jordoverfladen. Det er stråling, både ud og ind, der spiller den afgørende rolle.
Shula påpeger, at hele modellen ville passe bedst på en flad Jord. Man opererer med gennemsnitstal, men de dækker over enorme forskelle i strålingen mellem Ækvator og polerne. Der kommer en række aspekter ind, som også Javier Vinós har været inde på, men som ikke umiddelbart spiller nogen rolle, når man kun ser på gennemsnitstal.
Men det er slet ikke Shulas hovedbudskab. I sit indlæg gør han opmærksom på en gammel vakuum-måler, der faktisk har eksisteret i over 100 år. Den kaldes et Pirani-vakuummeter, opkaldt efter sin opfinder, se fig. 2.
Instrumentet består af en lukket beholder, hvori der er opsat en varmetråd, der ikke rører beholderens vægge. Der sendes strøm gennem varmetråden, indtil den når en forudbestemt temperatur. Denne temperatur skal ikke være ret høj, måske 60 grader, hvis omgivelserne er ved stuetemperatur. Varmetråden vil nu miste varme på 4 forskellige måder:
- Varmeledning i luften
- Konvektion
- Stråling
- Tab ved enderne
Varmeledningen opstår, når den varmere tråd er i direkte kontakt med luften omkring og ved berøring overfører noget af sin varme. Konvektionen er, når den således varmere luft bevæger sig væk fra tråden og erstattes af koldere luft. Stråling er varme, der udsendes fra tråden som infrarødt lys. Og endeligt er tabet ved enderne den varme, der forsvinder ud af beholderen gennem trådens tilslutninger.
Man ser umiddelbart, at vi her har de samme elementer i spil som i Jordens atmosfære. Hvad kan vi så lære af Pirani-instrumentet?
Hvis vi pumper al luften ud af instrumentet, så der er et højvakuum, vil der ikke mere forekomme varmeledning eller konvektion. Vores varmetråd kan derefter kun miste varmen ved stråling og så det beskedne tab ved tilslutningerne. Da tråden ikke er særligt varm, er strålingen fra den beskeden, og derfor skal der kun en lille mængde strøm til at opretholde trådens temperatur.
Hvis vi nu lukker luft ind i instrumentet, vil varmeledningen og konvektionen begynde at spille en rolle, vores tråd køles mere, og der skal mere strøm til at holde dens temperatur.
Nu kan vi se, hvordan instrumentet kan bruges til at måle vakuum. Hvis man kobler det til sin vakuumbeholder med et luftrør, kan man direkte aflæse mængden af luft (= lufttrykket) ved forbruget af strøm i instrumentet. Mindre vakuum = højere tryk og højere strømforbrug i instrumentet. Mange ting fremstilles under vakuum, og her fik man en simpel og pålidelig måde at tjekke, om ens vakuum var godt nok.
Og hvad har det så med klimaet at gøre?
Pirani-instrumentet viser os som nævnt, at ved de lave tryk er det strålingen, der dominerer varmetabet. På fig. 3 er vist bidragene fra hhv. strålingen og konvektion + varmeledning. Op til ca. 1 millitorr (ca. en 1000-del millibar) tryk er strålingen enerådende. Men derefter begynder de to andre faktorer at spille en større og større rolle, og allerede ved en torr (1,3 millibar) er bidraget fra strålingen helt forsvindende sammenlignet med effekten af varmeledningen og konvektionen. Ved atmosfæretryk, svarende til 760 torr (1000 mbar), kan man af fig. 3 aflæse, at bidraget fra strålingen er nede på 0,4 % af det samlede tab fra tråden.
Set ud fra denne betragtning er NASA’s diagram misvisende. Der er ikke tale om nogen opadgående varmestråling fra jordoverfladen (hvor vi jo har de 760 torr), den når ikke mange millimeter, før den bliver fanget af luften. Varmen sendes derefter opad, dels ved overførsel fra luftmolekyle til luftmolekyle (varmeledning), dels ved konvektion, hvor den varme luft strømmer i opgående retning. Den proces fortsætter op gennem atmosfæren, men vi skal højt op, før strålingen begynder at spille nogen rolle af betydning. Ved et tryk på 10 torr er vi oppe i ca. 30 km’s højde og selv her bidrager strålingen kun med 0,7% af varmetransporten. Først i næsten 80 km’s højde er der bidrag på samme niveau fra strålingen og summen af konvektion og varmeledning.
Men ups! Drivhusgasserne virker jo slet ikke i de luftlag, hovedparten af deres varmende effekt tænkes at udspille sig i højder op til ca. 10 km over jordoverfladen. Hvordan hænger det så sammen?
Shula gentager i sin konklusion, at det ikke er varmestrålingen, der spiller hovedrollen for den opadgående varmetransport fra Jordens overflade. Her er resten af konklusionen i oversættelse:
Det er blevet påvist via Pirani-instrumentets måde at fungere på, at opadgående varmetransport ved stråling spiller en ubetydelig rolle i transporten af varme ved de atmosfæriske tryk fra jordoverfladen til den øvre stratosfære. Drivhuseffekten, hvis den findes, bygger på opadgående varmetransport ved stråling i den nedre atmosfære. Derfor spiller drivhuseffekten, hvis den findes, en ubetydelig rolle i varmetransporten og dermed i atmosfærens energibalance.
De nuværende klimamodeller er baseret på energibalancer som vist i NASA-diagrammet [fig. 1]. Det fremgår klart af NASA’s diagram og tilsvarende diagrammer fra andre kilder, at den grundlæggende antagelse bag disse modeller er, at stråling er den primære drivkraft bag den opadgående varmetransport fra den nedre atmosfære. Fordi stråling er en ubetydelig drivkraft for den opadgående varmetransport i den nedre atmosfære, er disse modeller baseret på forkerte forudsætninger og derfor ubrugelige. Og endeligt, fordi modellerne generelt er tænkt som en støtte til teorien om menneskeskabt global opvarmning på grund af drivhuseffekten, udgør de ikke nogen beviser af betydning for drivhuseffekten og menneskeskabt global opvarmning.
Strålingsenergien, som Jorden modtager fra Solen, ankommer med lysets hastighed. Jorden mister varmen med en hastighed drevet af luftstrømme (konvektion) i en proces, som vi kalder ”vejr”. Vejret er den kaotiske proces hvormed Jordens atmosfære hele tiden prøver at nå ligevægt med hensyn til temperaturen, men som aldrig lykkes. Konvektionen finder sted kontinuerligt, men den hastighed, hvormed varmen transporteres ved konvektion, er MEGET langsommere end lysets hastighed. Det betyder, at varmeenergien forlader Jorden meget langsommere end den ankommer, og det er derfor, at Jorden er varmere end forudset af Stefan-Boltzmanns lov.
Stefan Boltzmanns lov kan bruges til at beregne Jordens temperatur, hvis den befandt sig i vakuum og kun modtog solens lys som varmekilde og selv uhindret udstrålede varmen som infrarødt lys. Den temperatur ville som bekendt være ca. minus 18 grader celsius, og der er så nogle mekanismer, der gør, at den globale gennemsnitstemperatur ligger ca. 33 grader højere. Det anses jo normalt for at være drivhuseffekten, primært forårsaget af vanddamp – med lidt hjælp fra CO2.
Men Shula har en anden tilgang, der nok er en nærmere diskussion værd. Konvektion, dvs. bevægelser af luftmasserne, negligeres af den gænge klimavidenskab, men også f.eks. Javier Vinós har påpeget, at de nok spiller en meget større rolle, om end anderledes end Shula fremfører.
Det ville være dejligt hvis klimavidenskaben ville tage disse spørgsmål op lidt mere fordomsfrit i stedet for bare at mase på med klimamodeller, der regner alt for varmt og ikke rigtigt kan simulere realiteterne. Men mon det sker?
Danish
Problemet her opstår når varmeoverførsel i Pirani røret skal skaleres til atmosfæriske dimensioner. Stråling skalerer med afstand, så afstand – varmetråd til rørvæg – skaleres fra et par centimeter til adskillige kilometer, altså størrelsesorden 10^5-10^6, mens konvektion skalerer med hastighed, anslået størrelsesorden 10^2-10^3 (luften bevæger sig langsomt vertikalt i atmosfæren). Konduktion er ligegyldig. Derfor bliver stråling dominerende i atmosfærens vertikale retning.
Nogle spørgsmål Søren:
Hvorfor bliver det så varmere, hvis det ikke (primært) er CO2?
Solpletter er jo på et meget lavt niveau. Disse har jo tidligere været klimarealisme.dk’ store kæphest.
Stigningen i globale temperaturer passer jo særdeles fint sammen med både målinger og teorier for CO2 som klimagas.
Hvorfor er det så vigtigt at finde en (altid skiftende) alternativ forklaring – frem for at kigge på den nærliggende?
Problemet er, at den “nærliggende” forklaring, drivhuseffekt og CO2, har mere end vanskeligt ved f.eks. at forklare ændringerne i global temperatur i fortiden (eller for den sags skyld også nutiden). Det fører til hockeystave og alskens anden manipulation for at opretholde teorien. Derfor er det i høj grad relevant at se på andre mekanismer, og de kan faktisk fint forklare temperaturudviklingen de seneste 10.000 år, jfr. bogen af Javier Vinós: “Climate of the Past, Present and Future”.
Der er næppe nogen, der vil bestride, at de såkaldte drivhusgasser, især vanddamp og kuldioxid, bevirker, at atmosfæren er en anelse varmere, end tilfældet ville være uden disse drivhusgasser. Det er fordi, vanddamp og kuldioxid absorberer infrarød stråling (som derved bliver til varme): dels fra solen (næsten 50% af solindstrålingen er i det infrarøde område), dels fra jorden, som jo konstant udsender termisk varmestråling afhængig af temperatur og emissivitet. Men IPCC’s påstand om, at drivhusgasserne, ved re-emission af den absorberede varmestråling tilbage til jordoverfladen, skulle gøre denne ca 30 deg C varmere, end den ville være uden drivhusgasserne, er uden hold i virkeligheden. Påstanden strider mod termodynamikens 1. og 2. hovedsætning, som ultrakort kan formuleres: 1. Energi kan ikke opstå af intet. 2. Varme vil altid gå fra varmt til koldt, aldrig omvendt. Det er vigtigt at skelne mellem stråling og varme. Stråling fra et koldt legeme kan naturligvis godt ramme et varmere legeme, men denne stråling kan ikke øge det varmere legemes temperatur, fordi den indgående ”kolde” stråling til hver en tid balanceres af udgående stråling fra det varmere legeme.
Planeten Mars har en atmosfære, som næsten udelukkende består af kuldioxid, og selvom Mars atmosfæren er væsentligt tyndere end Jordens, indeholder den alligevel 15-20 gange mere kuldioxid pr m3 end Jordens atmosfære. Hvis IPCC havde ret, burde der derfor være en betydelig drivhuseffekt fra Mars atmosfæren. Det er der ikke, Mars’ gennemsnitlige overfladetemperatur svarer temmelig præcist til den forventede, når varmen fra solen skal returneres til rummet ved stråling – ikke højere, måske endda lidt lavere.
Hvis man kiggede på Jorden udefra, ville et IR spektrometer vise en temperatur på ca -18 C, som krævet for at komme af med solvarmen ved stråling. Når Jordens overfladetemperatur (heldigvis) er højere skyldes det: 1) Tyngdekraften, som bevirker at temperaturen stiger, når men bevæger sig ned gennem atmosfæren og 2) Jordens varmekapacitet (herunder ikke mindst oceanernes), som har til følge, at Jordens overflade akkumulerer varme indtil der er balance mellem den indgående energi fra solen og den udgående energi fra konvektion, fordampning og stråling.
IPCC hævder, at de sidste 100 års temperaturstigning på ca 1 C må skyldes menneskabt forøgelse af atmosfærens kuldioxid indhold. Men andre forklaringer ar da også mulige. Lidt mindre gennemsnitligt skydække for eksempel!
Jeg gad godt vide, hvor varm luften er på og over et stort område med sorte Solceller i forhold til en mark af samme størrelse med græs!? Fordi en hvid bil bliver ikke så varm som en sort bil…….og det samme gælder sorte tage og asfalt, hvor byer er varmere end på landet!?
Måske der skal tænkes helt nyt med Geotermi, vind, vand og hvem ved hvad?
Nu ved jeg ikke hvordan Tyndal udførte sit eksperiment for at vise en forskel på gasarters “opførsel” når de udsættes for varmestråling. Men vakuum måleren her i forsøget er forsynet med N2 (kvælstof) som ikke regnes for varmeoptagende ved de bølgelængder der er tale om når jorden sender stråling ud i atm. Derimod ved man at andre som H2O og CO2 gør..hvad sker der hvis man bruger en blanding af N2 og CO2 i vacummåleren? Så kunne man dog se om det ændrede noget.
De termometre man indsamler data fra, til bestemmelse af atm. temperaturen,(globalt) befinder sig i ca. 2m højde over jorden. Hvis det luftlag fra jord til termometer får øget indhold af CO2 vil det opvarmes mere end før, og dermed vise højere temperatur hvis ikke konvektionen på grund af opdrift fjerner/udskifter den opvarmede luft. Men det sker, med forskellig effekt..da en anden strålingsfølsom gas H2O varierer stærkt fra time til time i modsætning til CO2.
Pirani-vakuummeteret er ikke fyldt med nogen speciel gasart (N2, f.eks.). Den luft, der er i instrumentet svarer til den, man har i det område, man vil måle på, og det vil jo i mange tilfælde være den atmosfæriske luft. Men en lille ændring f.eks. i indholdet af CO2 i denne luft vil ikke have den mindste indflydelse på instrumentets måling.
Det falder jo meget godt sammen med det astrofysikeren Joseph Postma har skrevet om nemlig:
1) Man dividerer den indkomne stråling fra solen med 4, hvilket jo ikke er det der sker i virkeligheden, da det ville resultere i en temperatur på -18 grader som jo ikke kan skabe det vejr vi har.
2) Dernæst pilen med “back radiation”. Ifølge termodynamikken så går strålingen fra varm til kold og ikke lige pludselig den anden vej.
“Ifølge termodynamikken så går strålingen fra varm til kold og ikke lige pludselig den anden vej”
1. Nej!: Iflg. Stefan–Boltzmanns lov afhænger udstrålingen fra (overfladen af) et legeme alene af legemets temperatur (samt af dets fysiske egenskaber), jf.:
https://en.wikipedia.org/wiki/Stefan–Boltzmann_law
2. Termodynamik er læren om makroskopisk egenskaber såsom temperaturer, tryk og energi i fx gasser og væsker og omhandler således ikke stråling:
https://da.wikipedia.org/wiki/Termodynamik
Jeg skal staks lige sige at termodynamik ikke er mit speciale.
Men for dem der er, ville det være spændende at høre kommentarer til Postmas analyse og de problemer han påpeger med ovenstående energibalancediagram, samt has eget bud på et:
https://www.youtube.com/live/G5bwaf9QXro?feature=share
https://climateofsophistry.com/2012/11/06/on-the-absence-of-a-measurable-greenhouse-effect-part-1-the-failure-of-ipcc-energy-budgets/
https://climateofsophistry.com/2019/02/07/back-conduction-and-alarmist-physics-no-radiative-caveat-to-the-laws-of-thermodynamics/