Kansantajuinen esimerkki auringon ja maapallon säteilyn spektreistä, sekä muutamia tarkistuksia absorbtiosta (λ1 ja λ2)
Säteilijät
Yleensä hyvät säteilyn emitterit ovat myös hyviä säteilyn absorboijia tietyillä aallonpituuskaistoilla. Tämä pätee erityisesti kaasuihin, jotka ovat vastuussa maapallon kasvihuoneilmiöstä. Samoin heikot säteilyn emitterit ovat myös heikkoja säteilyn absorboijia tietyillä aallonpituuskaistoilla. Tätä kutsutaan lyhyesti Kirchhoffin laiksi. Joillakin luonnon kappaleilla on lähes täydelliset kyvyt absorboida ja emittoida säteilyä. Näitä kappaleita kutsutaan mustiksi kappaleiksi. Auringon ja Maan säteilyominaisuudet ovat hyvin lähellä mustia kappaleita.
Minkä tahansa kappaleen suurimman emission aallonpituus on kääntäen verrannollinen sen absoluuttiseen lämpötilaan. Mitä korkeampi lämpötila, sitä lyhyempi maksimiemission aallonpituus. Tätä ilmiötä kutsutaan Wienin laiksi. Seuraava yksinkertainen yhtälö kuvaa tätä lakia:
λmaz = C/T
Missä C on vakio 2898 (μm°K) ja T on lämpötila (°K)
Wienin laki ehdottaa, että kun kappaleen lämpötila nousee, maksimiemission aallonpituus pienenee. Yllä olevan yhtälön mukaan Auringon maksimiemission aallonpituus (n. 5800 °K eli 5527°C) on noin 0.5 μm, kun taas Maan maksimiemission aallonpituus (288 °K eli 15°C) on noin 10 μm. Kaavio, joka kuvaa kappaleesta tietyillä aallonpituuksilla säteilevän säteilyn määrää, kutsutaan spektriksi. Seuraavat kaksi kuvaajaa kuvaavat Auringon ja Maan spektrejä.
(ks. kaaviot 1 ja 2)
Yllä olevat kaaviot havainnollistavat sekä Auringon että Maan lämpötilan ja sen sähkömagneettisen säteilyn välisestä suhteesta:
1. Kappaleesta lähtevän säteilyn määrä P (Wm-2) kasvaa eksponentiaalisesti neljänteen potenssiin lämpötilan lineaarisen nousun myötä (Stephan-Boltzmannin laki ), joka voidaan johtaa Planckin laista:
Missä T on absoluuttinen lämpötila (°K) ja missä asteriski (säteilijä) osoittaa mustan kappaleen emission c1 = 3.74 x 108 Wm-2 μm4 ja c2 = 1.44 x 104 μmK.
Planck-funktio antaa säteilyvuon aallonpituuden ja lämpötilan funktiona ”mustan kappaleen” säteilylle. Se osoittaa, kuinka paljon säteilyä tietyllä aallonpituudella pinta-alayksikköä kohden lähettäisi lämpötilansa perusteella olettaen, että se lähettää suurimman mahdollisen säteilyn, eli se on ”täydellinen” emitteri. Todelliset esineet eivät ole täydellisiä säteilijöitä, joten todellinen emissio tietyllä aallonpituudella on tyypillisesti pienempi kuin mustan kappaleen arvo:
Missä ελ on emissiivisyys, jonka arvo vaihtelee välillä 0 – < 1.
Stefan – Boltzmann laki saadaan integroimalla Planck -funktio suhteessa aallonpituuteen sen koko spektrin yli:
Ts.
P (Wm-2) = σT4
2. Sähkömagneettisen säteilyn keskimääräinen aallonpituus lyhenee lämpötilan noustessa (Wienin laki ).
λmx = C/T
Muutamia tarkistuksia absorbtiosta λ1 ja λ2
Viitteeni:
Otetaan uudelleen tarkasteluun Maan säteilyn ominaisuudet mustana kappaleena, missä huomioidaan Wienin laki lämpötilassa 288°K (15°C) ja levitetään hieman Δλ:aa (λ1 , λ2):
(ks. kaavio 3)
Nähdään, että hiilidioksidi on erittäin vahva termisen infrapunaenergian absorboija, jonka aallonpituudet ovat välillä n. 12 – 18μm (23Wm-2 – 14Wm-2) mikä tarkoittaa, että hiilidioksidipitoisuuksien lisääntyminen ”sulkee” osittain ilmakehän ikkunan. Toisin sanoen hiilidioksidi absorboi lähtevän termisen infrapunaenergian aallonpituuksia, jotka ilmakehämme runsain kasvihuonekaasu vesihöyry olisi päästänyt avaruuteen.
(ks. kaavio 4)
Kertauksena
Hiilidioksidia esiintyy luonnollisesti kaikkialla maapallon ilmakehässä ja se on mesosfäärin (~50 – 90 km korkeus) ja termosfäärin (>90 km) energiatasapainossa ensisijainen säteilyn jäähdytysaine.
Samat hiilidioksidin ominaisuudet, jotka saavat sen vangitsemaan lämpöä troposfäärissä (<15 km), tekevät siitä tehokkaan jäähdyttimen ylemmissä ilmakehän kerroksissa. Erona on se, että suurilla korkeuksilla hiilidioksidin tiheys on liian ohut sieppaamaan takaisin sen lähettämää IR-säteilyä. Yläilmakehässä lämpöenergia siirtyy törmäysten kautta muista ilmakehän aineosista hiilidioksidiin, joka sitten lähettää energiaa lämpönä avaruuteen.
Kasvavan hiilidioksidin tuottaman parannetun jäähdytyksen pitäisi johtaa supistunempaan termosfääriin, jossa monet satelliitit, mukaan lukien kansainvälinen avaruusasema, toimivat. Termosfäärin supistuminen vähentää ilmakehän vastusta satelliiteissa ja sillä voi olla haitallisia seurauksia jo ennestään epävakaalle kiertoradan roskaympäristölle, koska se hidastaa roskien palamisnopeutta ilmakehässä.
On odotettavissa, että ihmisen aiheuttaman hiilidioksidin nousu etenee ylöspäin koko ilmakehässä. Aiemmin hiilidioksidin trendejä on mitattu vain 35 km:n korkeuteen asti, vaikka satelliittivastustutkimuksista saadut epäsuorat todisteet osoittavat, että termosfääri todellakin supistuu hitaasti.
On arvioitu, että hiilidioksidi-pitoisuus lähellä 100 km:n korkeutta kasvaa nopeudella 23.5 ± 6.3 ppm vuosikymmenessä, mikä on noin 10 ppm/vuosikymmen nopeammin kuin yläilmakehän mallisimulaatiot ovat ennustavat. Vertailun vuoksi, troposfäärin hiilidioksidi-pitoisuudet kasvavat noin 20 ppm/vuosikymmen (nykyinen pitoisuus lähellä maata on jo luokkaa 420ppm).
Pientä edistymistä. Yhteen kuvaan on piirretty sekä veden että CO2:n absorptiokuvaaja. Tarkka lukija havaitsee, että CO2:n aallonpituusalueella myös H2O eli vesi absorboi infrapunasäteilyä. Useimmat esitykset jättävät tämän huomioonottamatta ja niin tälläkin kertaa.
Sinivirta tarjoilee ties kuinka monetta kertaa samaa selitystä stratosfäärin kylmenemiselle: ”Samat hiilidioksidin ominaisuudet, jotka saavat sen vangitsemaan lämpöä troposfäärissä (<15 km), tekevät siitä tehokkaan jäähdyttimen ylemmissä ilmakehän kerroksissa. Erona on se, että suurilla korkeuksilla hiilidioksidin tiheys on liian ohut sieppaamaan takaisin sen lähettämää IR-säteilyä."
Ratkaiseva tapahtuma stratosfäärin kylmenemiselle tapahtuu alle 1 km:n korkeudessa. Kysehän on ilmiöstä, joka tapahtuu, kun CO2-pitoisuus nousee arvosta 280 ppm ylöspäin. Yleensä asian suuruus esitetään vain pitoisuuden nousulle 280 ppm – 560 ppm. Tällöin CO2-absorptiopiikki levenee. Aallonpituusalueella n. 12-14 mikrometriä CO2 absorptio lisää kokonaisabsorptiota troposfäärissä. CO2-piikin leveneminen alueella 16-18 mikrometriä ei lisää käytännössä kokonaisabsorptiota lainkaan, koska maanpinnan säteilemä kaistataajuus on jo täysin absorboitu pitoisuudessa 280 ppm, mikä ei edelleenkään näy kuvassa.
Stratosfäärissä kokonaisabsorptio pienenee n. arvosta 5,6 W/m2 arvoon n. 5,0 W/m2. Tämä johtuu siitä, että troposfäärissä CO2 on absorboinut enemmän aallonpituusalueen 12-14 säteilykaistaa, joten sillä kaistalla tulee vähemmän säteilyä stratosfääriin. Stratosfäärin alaosassa olevalla vedellä on täten vähemmän absorboitavaa ja kokonaisabsorptio pienenee ja tästä syystä stratosfäärin lämpötila laskee.
On huomattava vielä se seikka, että CO2-pitoisuuden nousu 280 – 560 ppm nostaa selvästi kokonaisabsorptiota, mutta stratosfäärissä tapahtuu tuo 0,6 W/m2 pieneneminen edellä kuvatun mekanismin seurauksena.
Edelleen Sinivirta esittää sellaista, että CO2:lla on ratkaiseva rooli, että infrapunasäteily pääse ulos avaruuteen. Jos ilmakehässä ei olisi kasvihuonekaasuja vaan esimerkiksi happea ja typpeä eikä vesikään absorboisi infrapunasäteilyä, niin se poistuisi semmoisenaan avaruuteen menettämättä mitään säteilytehostaan. Tämähän on yksinkertainen tosiasia.
Ilmoita asiaton viesti
Ollilalle.
Ensinnäkin, blogi on kansantajuinen esitys!
Mutta mennäänpä perusasioihin ja faktoihin ja poistutaan lillukan varsista. Nopea määritelmä ilmastonmuutoksesta.
Yksinkertaisesti sanottuna termi ilmastonmuutos viittaa pitkän aikavälin muutoksiin sääolosuhteissa ja keskilämpötiloissa.
1800-luvun puolivälistä lähtien ihmisillä on ollut suuri rooli kasvihuonekaasujen vapauttamisessa ilmakehään – suurelta osin öljyn, kaasun ja hiilen käytön ansiosta kotitalouksissa, tehtaissa ja liikenteessä sekä nykyaikaisten viljelymenetelmien ja metsien hakkaamisten kautta – mikä saa lämpötilan nousemaan.
Kasvihuonekaasut, enimmäkseen hiilidioksidi (CO2), vangitsevat auringon lämpöä ja nostavat planeetan lämpötilaa. 1800-luvulta lähtien hiilidioksidin määrä ilmakehässä on kasvanut 50 % ja maailma on tällä hetkellä 1.0 –1.2°C lämpimämpi kuin 1800-luvun lopulla, riippuen erilaisista luotettavista arvioista.
Joidenkin maailman johtavien tutkijoiden tuottamat YK-raportit viittaavat siihen, että maapallon lämpötilan rajoittaminen korkeintaan 1.5°C:een auttaisi meitä kaikkia välttämään pahimmat vaikutukset.
Ennusteiden perusteella , joista monia käsittelen yksityiskohtaisemmin jäljempänä, sekä arvioiden tämänhetkisiä päästöjä sekä yksilöiden, kansakuntien ja kansainvälisten elinten tämänhetkisiä toimia eri puolilla maailmaa, ilmaston lämpötila nousee todennäköisesti noin 3.2°C vuosisadan lopulla.
Mutta ilmastonmuutos ei ole pelkästään lämpenemistä. Se kattaa niin paljon enemmän. Planeettamme on monimutkainen ja siinä on toisistaan riippuvaisia ja hauraita ekosysteemejä, mikä tarkoittaa, että pienimmilläkin muutoksilla voi olla valtavia vaikutuksia, joista monia korostan alla.
Yleisiä faktoja ilmastonmuutoksesta!
Yleiset tosiasiat ilmastonmuutoksesta antavat kuvan nykyisestä asemastamme. Se osoittaa, että asumme maailmassa, johon ilmastonmuutos on vaikuttanut. Se osoittaa myös, että emme tee tarpeeksi muuttaaksemme suuntaamme tai torjuaksemme ilmastonmuutoksen päätekijöitä. Alla lainaan joitakin tosiasioita ilmastonmuutoksesta, hiilidioksidipäästöistä, kasvihuonekaasuista ja niin edelleen.
Maailma kuumenee. IPCC:n ilmastomme tilaa koskevan kuudennen arviointiraportin mukaan kulunut vuosikymmen on todennäköisesti ollut kuumin ajanjakso viimeiseen 125 000 vuoteen. IPCC:n arviossa todettiin myös, että vuosi 2016–2020 oli kuumin viiden vuoden ajanjakso ainakin ainakin vuoden 1850 jälkeen.
Syy on epäilemättä ihmisen. 350.org:n mukaan lämpötilan nousu korreloi lähes tarkasti kasvihuonekaasujen vapautumisen kanssa. Se ei ole sattumaa. Scripps Institute of Oceanography tarjoaa selkeän visuaalisen oppaan tähän korrelaatioon tieteellisen tutkimuksen tukemana ja perustelemana.
NASAn julkaisemien tietojen mukaan CO2 on korkeimmillaan yli kahteen miljoonaan vuoteen. Esiteollinen hiilidioksiditaso oli noin 280ppm. Vuonna 2023 olemme lähellä 420 ppm.
WIREDin mukaan ilmakehä sisälsi viimeksi yhtä paljon hiilidioksidia kuin nyt yli kolme miljoonaa vuotta sitten, jolloin merenpinnat olivat paljon korkeammat ja puita kasvoi etelänavalla.
YK:n ilmastotoimien mukaan noin 25% kasvihuonekaasupäästöistä tulee maan raivauksesta, kasvinviljelystä ja lannoituksesta, ja eläinperäiset ruoat muodostavat neljänneksen näistä päästöistä.
Muutamia piiruja Δλ:n levittämistä tai kaventamista, ei vaikuta hölkäsen pöläystä hiilidioksidin Δ%:iin, joka on 50%.
Jatkanko?
Ilmoita asiaton viesti
En viitsinyt lukea puolta väliä pidemmälle. Siirryit tapasi mukaan kirjoittamaan aivan muusta kuin blogisi aiheesta. Voit jatkaa kaikessa rauhassa tajunnan virran tuottamaa tekstiä.
Ilmoita asiaton viesti
Olisi kannattanut lukea, sillä en itse asiassa enää tässä vaiheessa viitsi lähteä väittelemään wateista/neliömetri ja missä vaiheessa ne vähenevät tai lisääntyvät / absorbtio – emissio.
Minusta hiilidioksidilla on erittäin ratkaiseva rooli, mutta myös vesihöyryllä.
Ihmisen vaikutus hiilidioksidiin on ratkaiseva. Hiilidioksidi-pitoisuus on nyt 0.042% ja vaikka ilmakehässä oleva vesi vaihtelee välillä 0 – 4%, ihmisen vaikutus siihen on välillinen muiden kasvihuonekaasujen kuten hiilidioksidi-pitoisuuden lisääntymisenä, mikä lämmittää ilmakehää. Tämä on yleisesti todistettu fakta.
Ilmoita asiaton viesti
Eiköhän tuossa tullut jo kylliksi kyseenalaisia väitteitä.
Vuonna 1850 hiilidioksidin tuotanto oli vielä uskomattoman pientä nykyiseen verrattuna. Miten pieni voi aloittaa ilmaston muuttamisen?
Miksi ilmasto alkoi lämmetä jo 1699?
Jos ladojen myynti nousee viidellä, prosenttinen nousu on suuri mutta ladoja ei silti ole paljoa teillä. Sama CO2:n kanssa, pitoisuus on pieni, prosentit eivät merkitse mitään.
Vanhat lämpötilat on arvioitu koska dataa ei ole ollut. Siltä osin kuin on ollut, ne on ”harmonisoitu” eli väärennetty.
Missä muussa tieteessä ennustetaan yhtä paljon kuin ilmussa? Koko tiede perustuu ennustuksiin. Mallit eivät edes sovellu ennustuksiin, siihen ne eivät ole riittävän laadukkaita. Tämä on todettu tieteen sisälläkin.
Hiilidioksidi ei ole tehokas kaasu muuttamaan ilmastoa.
Ilmasto ei ole itsenäinen ilmiö. Myös meret on lämmitettävä ja siihen CO2:n teho ei riitä.
CO2:n teho ei riitä sulattamaan jäätikköjä. Yksinkertaista matikkaa.
Ihmisen osuus hiilidioksidin pitoisuudesta vaihtelee 4 ppm:n ja 100 ppm:n välillä. Onko konsensus jo päättänyt että sen on pakko olla maksimi koska muuten opilla ei ole mitään merkitystä?
Apuvälineenä roskatiede käyttää erittäin epätieteellistä ja kyseenalaista ilmastoherkkyyden käsitettä.
Jatkanko?
Ilmoita asiaton viesti
Näihin roskatiede fantasioihin en enää ota kantaa.
Ilmoita asiaton viesti
Omat fantasiat on tiedettä mutta toisten tiede on Sinivirralle fantasiaa.
Ilmoita asiaton viesti
”Miksi ilmasto alkoi lämmetä jo 1699?”
Et ilmeisesti ole tietoinen auringon aktiivisuuden muutoksista.
”Myös meret on lämmitettävä ja siihen CO2:n teho ei riitä.”
Päinvastoin, kun meriin menee energiaa mittaluokassa joka lasketaan atomipommeina sekunnissa, vuosisadasta toiseen.
Ilmoita asiaton viesti
Vai tuollainen Kirchhoffin laki. Olen oppinut kaksi Kirchhoffin lakia, mutta tuo ei kuulu niihin.
Ilmoita asiaton viesti
Opetteleppa lisää:
https://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%27s_law_of_thermal_radiation
Ilmoita asiaton viesti
Kiitosta vaan. Nyt tunnen kolme Kirchoffin lakia. Toki asia oli tuttu, mutta laki ei.
Ilmoita asiaton viesti
Oleppa hyvä..
Ilmoita asiaton viesti