Miten lämpöenergia poistuu maapallolta?

Ilmastotutkimukseen sekä sitä sivuaviin tutkimusaiheisiin liittyvät keskustelut

Valvoja: Hallitus

unbiased
Viestit: 1250
Liittynyt: 13.01.2015, 09:31:57

Miten lämpöenergia poistuu maapallolta?

Viesti Kirjoittaja unbiased » 04.07.2017, 19:41:58

Otsikko vaikuttaa harkitsemattomalta, lämpöhän ei voi poistua maapallolta kuin lämpösäteilynä. Tosin nopeita molekyylejäkin karkaa ja vievät mukanaan energiaa, mutta tämä on marginaalista.

Lämpösäteilyä poistuu osa suoraan maan pinnasta ja loput ilmakehästä. Osa maan pinnan säteilystä jää ilmakehään. Tässä tulee käyttöön sana, kasvihuonekaasu. Siis kaasu joka absorboi maan lämpösäteilyä. Ilmakehässä on myös vettä nesteenä ja jäänä. Molemmat ovat liki täydellisiä lämpösäteilyn pidättäjiä. Koska pilvet peittävät 60% taivaasta, niiden merkitys on suuri sekä säteilyn pidättäjinä että säteilijöinä.

Entä tavallisimmat kaasut typpi ja happi. Ei niidenkään merkitys ole pieni, koska määrä on suuri, 10 tonnia neliömetriä kohti, kun hiilidioksidia on noin 6 kg. Näilläkin sivuilla on sanottu, etteivät happi ja typpi pidätä lämpösäteily. Kyllä ne pidättävät ja myös säteilevät aivan tavallista termistä säteilyä. Kaasujen lämpösäteily on kuitenkin monimutkainen ilmiö. Ei kuitenkaan niin monimutkainen, ettei niiden lämpösäteilyä voitaisi käyttää mittauksiin. Ilmakehän lämpötilaa tarkkailaan hapen mikroaaltosäteilyn avulla.
Since 1979, NOAA satellites have been carrying instruments which measure the natural microwave thermal emissions from oxygen in the atmosphere.

Mittaustuloksia on helposti saatavilla.

Ilmakehän kosteutta tarkkaillaan myös mikroaaltosäteilyn avulla
Because of the strong water vapor absorption line near 22 GHz, within the microwave range, we can use microwave radiometers to measure columnar (atmospheric total) water vapor. This is a very accurate measurement due to the high signal-to-noise ratio for this measurement.

Kosteuspitoisuuden mittauksia ei ole helposti saatavilla. Kosteuden määrä ilmakehässä on kuitenkin tärkeä tieto, koska vesihöyry sisältää runsain määrin lämpöenergiaa, jonka määrää eivät lämpötilamittaukset ilmaise.

Jos halutaan selvittää, onko ilmakehä lämmennyt, pitää tietää ilmakehän kokonaisenergian muutos. Ilmaston lämpenemisellä kansankielssä tarkoitetaan vain lämpötilan kohoamista. Jos jokin kasvihuonekaasu lämmittäisi ilmakehää, olisi tullut näyttää, että ilmakehän lämpöenergian määrä olisi kasvanut. Sitä ei kukaan ole vielä osoittanut, eikä voikaan osoittaa, koska lämpötilamittaukset ja kosteusmittaukset yhdistettynä osoittavat, ettei ilmakehän lämpöenergia ole lisääntynyt.

unbiased
Viestit: 1250
Liittynyt: 13.01.2015, 09:31:57

Re: Miten lämpöenergia poistuu maapallolta?

Viesti Kirjoittaja unbiased » 11.07.2017, 11:59:53

An ideal thermally conductive blackbody at the same distance from the Sun as Earth would have a temperature of about 5.3 °C. However, because Earth reflects about 30%[11][12] of the incoming sunlight, this idealized planet's effective temperature (the temperature of a blackbody that would emit the same amount of radiation) would be about −18 °C.[13][14] The surface temperature of this hypothetical planet is 33 °C below Earth's actual surface temperature of approximately 14 °C

Kasvihuoneilmön perusteena on laskelma, jossa maan saama akeskikimäärinen aurinkoenergia on 240 W/m2. Avaruudessa vastaava musta pinta-ala säteilee 240 W/m2, jos pinnan lämpötila on -18C = 255 K. (240 = r*255^4, jossa r = 5.67E-8) Maan pinnan lämpötila on kuitenkin +15C=288K, joten ilmakehä nostaa lämpötilaa 33 astetta.
Väite on kuitenkin väärin ajateltu. Ilmakehä on maan pintaa alemmassa lämpötilasta, joten vain maan pinnasta voi siirtyä lämpöä ilmakehään. Mikä sitten olisi oikea päättely? Seuraavassa päättelyssä on turvauduttava siinäkin yksinkertaisiin keskimääräisiin lämpötiloihin, joka ei anna varmaa tulosta.

Maa ja ilmakehä saa auringosta lämpöenergiaa 240 W/m2. Ilmakehällä on siten jokin 0 kelviniä suurempi lämpötila, olkoon se Ti. Tiedämme, että keskimääräinen lämpötila maan pinnalla on 15 C=288K. Maa säteilee lämpösäteilyä ilmakehän lämpötilaympäristössä, jolloin maan pinnan säteilyn avulla saama ja menettämä lämpöenergia on Wm=r*(288^4 - Ti^4). Ilmakehä säteilee avaruuteen kaiken saamansa lämmön, jota tulee maan pinnasta ja auringosta, r*Ti^4 = 240, josta Ti = 255 K. Wm = r*(288^4-255^4) = 150 W/m2. Ilmakehä pidättää auringon säteilystä (240-150)/240=37%. Miten hiilidioksidipitoisuuden lisääntyminen vaikuttaa prosenttilukuun? Ei ainakaan voi vähentää ilmakehän pidätysprosenttia. Hiilidioksidipitoisuuden kasvu ilmeisesti aiheuttaa maan pinnan saaman säteilyn vähenemistä. Vähäisellä hiilidioksidin lisääntymisellä on lämpötilaa alentava vaikutus eikä suinkaan nostava, kuten olen muullakin tavalla laskuin osoittanut.
(Ilmakehän keskilämpötila on tietyllä korkeudella. Korkeus kasvaa ilmakehän tihetessä tulevan säteilyn pysyessä enetisenä, joten pintalämpötila kohoaa ilman potentiaalienergian kasvaessa. Nykyisessä ilmakehässä -18C asteen lämpötila on jossakin 5 km:n korkeudessa, jolloin maan pinnalla voi vallita +15C asteen lämpötila. Edellä oleva laskelmassa ilmakehän monimutkaisuus on jätetty huomiotta.)

Tiedetään, että vettä sataa neliömetrille keskimäärin 1 kuutiometri, joten sen haihduttamiseen tarvitaan tehoa 2500 MJ/a= 80 W (a=vuosi=3.15E7 s). Maan pintaa jää lämmittämään siten vain 70 watin teho.

unbiased
Viestit: 1250
Liittynyt: 13.01.2015, 09:31:57

Re: Miten lämpöenergia poistuu maapallolta?

Viesti Kirjoittaja unbiased » 12.07.2017, 12:25:42

Venus
Pintalämpötila on keskimäärin 462 °C,[5] mikä on korkeampi kuin lyijyn sulamispiste. Lämpötila ei koskaan laske alle 400 asteen, ja alavilla alueilla lähellä päiväntasaajaa lämpötila saattaa nousta jopa 500 celsiusasteeseen. Lämpötila viilenee varsin nopeasti ylöspäin mentäessä: yläilmakehässä lämpötila jää −45 celsiusasteeseen.

Korkean hiilidioksidipitoisuuden takia Venuksessa on erittäin voimakas kasvihuoneilmiö, joka nostaa planeetan lämpötilaa noin 450 astetta teoreettista lämpötilaa suuremmaksi. Laskujen mukaan Venuksen pitäisi olla 60–70 astetta Maata lämpimämpi.

Miten edelliset laskelmat sopisivat Venukseen? Olisiko sittenkin hiilidioksidin aiheuttama kasvihuoneilmiö?
Kommentteja!

Carbonautti
Viestit: 730
Liittynyt: 01.09.2015, 19:59:12

Re: Miten lämpöenergia poistuu maapallolta?

Viesti Kirjoittaja Carbonautti » 12.07.2017, 15:35:31

unbiased kirjoitti:Venus
Pintalämpötila on keskimäärin 462 °C,[5] mikä on korkeampi kuin lyijyn sulamispiste. Lämpötila ei koskaan laske alle 400 asteen, ja alavilla alueilla lähellä päiväntasaajaa lämpötila saattaa nousta jopa 500 celsiusasteeseen. Lämpötila viilenee varsin nopeasti ylöspäin mentäessä: yläilmakehässä lämpötila jää −45 celsiusasteeseen.

Korkean hiilidioksidipitoisuuden takia Venuksessa on erittäin voimakas kasvihuoneilmiö, joka nostaa planeetan lämpötilaa noin 450 astetta teoreettista lämpötilaa suuremmaksi. Laskujen mukaan Venuksen pitäisi olla 60–70 astetta Maata lämpimämpi.

Miten edelliset laskelmat sopisivat Venukseen? Olisiko sittenkin hiilidioksidin aiheuttama kasvihuoneilmiö?
Kommentteja!

Uudessa tutkimusessa on kehitetty malli, miten taivaankappaleiden lämpötiloja voi laskea. Raportti on "raskas", joten en ole siihen sen paremmin tutustunut. Siitä voi löytyä vastauksia esittämiisi ongelmiin.

Tutkimuksen nimi on New Insights on the Physical Nature of the Atmospheric Greenhouse Effect Deduced from an Empirical Planetary Temperature Model. Tekijöitä ovat Ned Nikolov* and Karl Zeller.

Linkki:
https://www.omicsonline.org/open-access/New-Insights-on-the-Physical-Nature-of-the-Atmospheric-Greenhouse-Effect-Deduced-from-an-Empirical-Planetary-Temperature-Model.pdf

unbiased
Viestit: 1250
Liittynyt: 13.01.2015, 09:31:57

Re: Miten lämpöenergia poistuu maapallolta?

Viesti Kirjoittaja unbiased » 15.07.2017, 22:32:42

Venuksen lämpötiloista
Kuva
Johtuen siitä, että lämmentessään kaasu kevenee ja kohoaa, planeetan kaasukehän tiheissä osissa kaasut sekoittuvat ja kaasukehän lämpötilan alenemista potentiaalienergian vähetessä määrää suhde g/Cp (T = g/Cp*h, ellei synny olomuodon muutoksia), jossa g on planeetan aiheuttama gravitaatiokiihtyvyys ja Cp kaasun ominaislämpö, joka on likimain sama kuin ideaalikaasuilla 1 kJ/kgK. Planeetan kaasukehän ollessa ohut verrattuna planeetan halkaisijaan g on myös likimain vakio.
osoitteessa "http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0469(1970)027%3C0219%3ATALRIT%3E2.0.CO%3B2"
Kuvasta voi havaita, Venuksen lapse rate on -730 K/58 km = -12.6 K/km tiheissä osissa. Venus säteilee lämpönsä 50 kilometrin korkeudella olevista kylmistä pilvistä (SO2, kolmoispiste -56C ja CO2, -75C) , joten lämpötila pinnalla tulee korkeaksi. Maan pilvet ovat vettä, jonka kolmoispiste on 0,00 C (0 C-pisteen määritelmä).

Carbon viittaama julkaisija on Environment Pollution and Climate Change, joka osoittaa sen, ettei artikkeli ole tieteellinen vaan ilmastopoliittinen. Artikkelissa ei mainita potentiaalienergiaa. Viitataan kuitenkin takaisin säteilyyn
In other
words, the so-called ‘greenhouse back radiation’ is globally a result of the atmospheric thermal effect rather than a cause for it.

Greenhouse back radiation, tämän yleensä uskotaan tarkoittavan lämmön takaisinsäteilyä, joka luonnollisesti on puppua.
Lämpövirta on aina korkeammasta lämpötilasta matalampaan, siinäkin tapauksessa että lämpö siirtyy pelkästään säteilemällä. Atmospheric thermal effect johtuu potentiaalienergian kasvamisesta korkeuden lisääntyessä. Potentiaalienergiaakaan ei synny itsestää, potentiaalienergia on peräisin kaasun kineettisestä energiasta. Kun potentiaalienergia vähenee, kaasun kineettinen energia kasvaa.

Kysymyksessä ei siis ole kasvihuoneilmiötapahtuma, jossa lasikatto estää lämmön siirtymistä ympäristöön mutta päästää auringon lämpösäteilyn sisään. Kaasukehän vaikutuksesta säteily ei poistu suoraan planeetan pinnalta vaan ainakin osaksi planeetan kaasukehästä jostakin alemmasta lämpötilasta kuin planeetan pintalämpötila. 40% maan pinnan säteilystä voi poistua maan pinnalta keskimäärin 15 C =288 kelvinin lämpötilasta ja osuus on 0.4*390 W/m2=156 W/m2. 60% poistuu -50 asteen keskimääräisestä lämpötilasta (yläpilvien jääkiteistä 223 kelvinin lämpötilassa) .6*140 W/m2= 84 W/m2. Lämpöä poistuu 240 W/m2, joka on sama määrä kuin tuleva lämpö. Mielikuvituksellinen kasvihuoneilmiö ei ole olemassa. Ilmakehä tietenkin vaikuttaa merkittävästi lämpötilaan, mutta kasvihuoneilmiö on ilmastopolitiikan sanelema selitys kasvihuonekaasuista takaisinsäteilyineen.

unbiased
Viestit: 1250
Liittynyt: 13.01.2015, 09:31:57

Re: Miten lämpöenergia poistuu maapallolta?

Viesti Kirjoittaja unbiased » 17.07.2017, 00:06:37

Jos haluaa väittää kasvihuonekaasujen (H2O,CO2,...) lisäävän maapallon pintalämpötilaa, tulisi mukaan liittää todistelu

Ei riitä, että sanoo
WIKI kirjoitti: Infrapunasäteilyn eli lämpösäteilyn läpäisykyky on verraten huono, mistä syystä se (läpäisemisen sijaan) absorboituu tai heijastuu mm. kaasumaisiin väliaineisiin muita aallonpituusalueita intensiivisemmin. Täten siis systeemiin sisälle tuleva sähkömagneettinen säteily pääsee huonommin säteilemään ulos systeemistä, mikä nostaa systeemin peruslämpötilaa jonkin verran.
(Tarkoitetaan ilmakehän läpäisykykyä.)
Sekavasti sanottua eikä riitä perusteluiksi. Jos yrittää perustella virheellistä käsitystä, joutuukin usein puhumaan sekavasti.

lämpösäteilyn läpäisykyky on verraten huono
kuitenkin säteily poistuu liki valon nopeudella, jos poistuu ollenkaan.

mistä syystä se (läpäisemisen sijaan) absorboituu tai heijastuu
heijastuminen kaasuilla on sirontaa, joka riippuu aallonpituudesta. Lyhyiden aaltojen sironta saa taivaan heijastamaan sinistä. Punainen pää siroaa vähemmän. Sironnan johdosta laskeva aurinko on punaisempi kuin korkealla oleva aurinko, koska sininen osa säteilystä on jäänyt ilmakehään.

sähkömagneettinen säteily pääsee huonommin säteilemään ulos systeemistä
säteily joko pääsee ulos tai absorboituu ja lisää molekyylin liike-energiaa, muuttuu lämmöksi. Samaa tapahtuu uv-säteilylle ja valolle. Ulos säteilyn teho yksinkertaisesti riippuu lämpötilan 4. potenssista, joten oleellista on, missä määrin ja miltä korkeudelta ilmakehässä säteilyä karkaa avaruuteen. Kasvihuonekaasut eivät tähän korkeuteen ja määrään juurikaan vaikuta. Pilvet vaikuttavatkin sitten merkittävästi.

Vastaa Viestiin