Efekt cieplarniany: zerowe przybliżenie

Gdy św. Piotr miał opowiadać o swoim mistrzu u centuriona z Cezarei, zaczął: “Znacie sprawę Jezusa z Nazaretu…”. Oczywiście miał na myśli “nie znacie”, a przynajmniej “nie znacie dość dobrze”. Ja oczywiście nie jestem świętym Piotrem efektu cieplarnianego, więc sam się z Wami uczę, przeszukując literaturę i przemyśliwając jeszcze raz to, o czym sądziłem, że już wystarczająco dobrze znam. I trochę tych przemyśleń umieszczę w tym i paru następnych wpisach. Ale zacznę podobnie.

Znacie więc sprawę efektu cieplarnianego… Promieniowanie słoneczne przechodzi przez atmosferę ziemską prawie bez trudności. Promieniowanie termiczne Ziemi ma natomiast duże trudności z przebiciem się przez atmosferę i przez to Ziemia musi być cieplejsza i to o ponad 30 stopni. Temat zamknięty.

Tylko, czy naprawdę? Rozważmy powyższy tekst kawałek po kawałku:

Promieniowanie słoneczne przechodzi przez atmosferę ziemską prawie bez trudności

No nie całkiem. Napotyka na chmury, które są bardzo jasne i odbijają większość promieniowania w górę, czyli w kosmos. Napotyka na aerozol, który też rozprasza. Rozprasza nawet samo powietrze (najbardziej w kolorze niebieskim, co tłumaczy kolor nieba). Promieniowanie słoneczne (zwane dalej krótkofalowym – czemu?, zaraz się okaże) odbijane jest także przez powierzchnie gruntu i przez oceany. A wszystko, co się rozproszy lub odbije, a następnie wróci w kosmos, nie przyczynia się do ogrzania planety w najmniejszym stopniu.

Dlatego ważne jest wiedzieć, jak dużo promieniowania krótkofalowego wraca w kosmos. Wielkość tę, nawiasem mówiąc, nazywamy albedo. Pomiary satelitarne świadczą, że jest to nieomal niezmiennie prawie równo 30%. Dlatego twierdzenie, że promieniowanie słoneczne tak łatwo dochodzi do powierzchni ziemi, to nieprawda. Po prostu tę wielkość bardzo łatwo zmierzyć i dlatego nikt się o nią nie kłóci. Po prostu łatwo ją uwzględnić w bilansie radiacyjnym naszej planety.

Natomiast to wszystko ze słonecznego promieniowania krótkofalowego, co zostanie zaabsorbowane przez powierzchnię ziemi i morza oraz zawieszone w powietrzu cząstki (czyli aerozol), a nawet niektóre gazy śladow,e przyczynia się do ogrzewania naszej planety.  Jak łatwo wywnioskować z powyższego, jest to około 70% światła słonecznego padającego na szczyt atmosfery (pojęcie nieco abstrakcyjne oznaczające wysokość powyżej wszystkiego, co rozprasza i absorbuje w atmosferze).

Promieniowanie termiczne Ziemi ma natomiast duże trudności z przebiciem się przez atmosferę

No właśnie. Co to w ogóle jest to promieniowanie termiczne Ziemi? Przecież ziemia nie świeci. Odbija światło, ale sama nie świeci. Wystarczy rozejrzeć się w nocy.

Jednak gdybyśmy kupili noktowizor zamieniający promieniowanie podczerwone na widzialne, to zmienilibyśmy zdanie.  Ziemia (tak jak każdy inny przedmiot) promieniuje, ale w zakresie fal elektromagnetycznych, których nie widzimy. Mają dla nas za długie fale. Nazywamy je podczerwienią, a klimatolodzy używają na nie żargonową nazwę “promieniowanie długofalowe”. To w jakim zakresie dane ciało promieniuje zależy tylko od temperatury: im cieplej tym krótsze fale. Jest to tzw. prawo Wiena.

Prawo Wiena
Emisja ciała doskonale czarnego w funkcji długości fali światła. Źródło: Wikipedia

Co zresztą nie jest sprzeczne z naszą intuicją: metal kuty przez kowala musi mieć grubo ponad tysiąc stopni, aby świecić na czerwono, a trochę ponad 5000 C, aby świecić na biało –  tyle właśnie ma powierzchnia słońca.

Ziemia wypromieniowuje zatem energię w paśmie podczerwonym i to właśnie pozwala utrzymać jej równowagę radiacyjną. To znaczy gdyby strumień energii (ilość energii na metr kwadrat i na sekundę) dopływający do Ziemi i przez nią emitowany nie były równe nasza planeta nie mogłaby utrzymać stałej temperatury. [Uważny czytelnik zakrzyknie: ale przecież się ociepla! To prawda: w ostatnich dziesięcioleciach jest istotnie występuje niewielka nierównowaga – poniżej 1 W/m2 – więc na razie ją pominiemy].

Jeśli jeszcze raz spojrzymy na ilustrację powyżej, zauważymy, że im wyższa temperatura, tym nie tylko krótsze fale, ale też większa energia emisji. Jest to z kolei prawo Stefana-Boltzmanna, mówiące, że energia wyemitowana proporcjonalna jest do temperatury w czwartej potędze. Dodam, że temperatury w skali absolutnej (czyli w Kelwinach a nie stopniach Celsjusza, aby przeliczyć z C do K, do tego co pokazują nasze termometry trzeba dodać 273,15). W postaci wzoru (nie panikujcie!) wygląda to tak:

Φ = σ T4

gdzie Φ  to wspomniany wyżej strumień energii, T to temperatura a σ to stała równa 5,67 10-8 J s-1 m-2 K-4 (podaję to tylko po to, aby niedowiarkowie mogli sprawdzić czy potem nie oszukam używając tego prawa).

Możemy więc przystąpić do wyliczenia temperatury Ziemi. Stała słoneczna, czyli średnia ilość energii promienistej padająca na jednostkową prostopadłą powierzchnię w jednostce czasu (średnia w sensie uśrednienia w czasie, także w cyklu rocznym, bo Ziemia krąży po elipsie i nie zawsze jest tak samo oddalona od Słońca) ma wartość S = 1366 W/m2. Jednak słońce nie świeci pionowo na całej Ziemi (na połowie planety w danym momencie nie świeci w ogóle), dlatego trzeba tę wielkość podzielić przez 4. Najprościej to wyjaśnić tym, że równowagę radiacyjną uśredniamy po całej powierzchni Ziemi (czyli 4 π r2, gdzie r to promień Ziemi), a Słońce ze swojej pozycji widzi Ziemię jako  koło (jego obwodem są tzw. linie terminatora, czyli miejsca, gdzie akurat jest wschód i zachód słońca) o powierzchni π r2, czyli właśnie 4 razy mniejszej. [Alternatywne wyliczenie dla twardzieli: słońce widzi 1/2 Ziemi, a nawet na tej jasnej połowie prawie nigdzie nie jest w pionie; strumień jest proporcjonalny od cosinusa kąta zenitalnego słońca, a ten uśredniony po całej półsferze to 1/2, co po przemnożeniu daje 1/4. Proste?]

Jeśli wartość stałej słonecznej podzielimy przez 4, przemnożymy przez 0,7 (bo 30% uciekło nam w kosmos nie grzejąc niczego), to otrzymamy 239 W/m2. Podstawiając to do prawa Stefana-Boltzmanna dostaniemy ok. 255 K czyli  -18 C. Tymczasem z obserwacji wiemy, że średnia temperatura Ziemi wynosi około +15 C. Te brakujące 33 stopnie to właśnie efekt działania gazów cieplarnianych – inaczej nie sposób tego wyjaśnić. Ideę tę oddaje ten znany obrazek:

Efekt cieplarniany

W ten sposób doszliśmy do tego fragmentu:

i przez to Ziemia musi być cieplejsza i to o ponad 30 stopni.”

a nawet nie wspomniałem o tym, jakie to są te gazy cieplarniane (rysunek je wymieni,a jeśli kto ciekaw) i jakie są ich właściwości optyczne w podczerwieni. Po prostu dlatego, że to niepotrzebne, aby wyjaśnić efekt cieplarniany na poziomie podstawowych praw fizycznych i trzech danych pomiarowych (stałej słonecznej, albedo Ziemi i średniej temperatury planety).

Jeszcze tylko ten drobiazg: jaki jest mechanizm fizyczny tego efektu, którego wartość już znamy? Patrząc na to z najprostszego punktu widzenia (czyli praw przenoszenia radiacji) to rezultat tego, że atmosfera absorbuje dużą część wypromieniowanej przez ziemię energii promienistej. Atmosfera też ma temperaturę i też promieniuje termicznie. Część z tego wraca do powierzchni Ziemi. Czyli otrzymuje ona większy strumień energii i aby oddać tyle energii, ile dostaje musi również wypromieniować więcej. A więcej emisji wymaga – zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna – wyższej temperatury. Ot i wszystko.

Jednak warto przyjrzeć się tej właśnie części – absorpcji promieniowania długofalowego przez atmosferę – by zrozumieć, jak to naprawdę działa. Będzie to pouczające, aby zrozumieć, czy to co się o tym efekcie opowiada, jest zawsze prawdą.

Ale o tym już w następnym odcinku.

10.04.2010: poprawiłem jednostkę stałej słonecznej (a także strumienia emitowanego przez Ziemię). Dziękuję sigmadelta za zauważenie błędu.

Hits: 342

Subscribe
Notify of
guest

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

62 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
gs
gs
12 years ago

Gratulacje z okazji otwarcia bloga i dzięki za fajny wstęp. Nie raz tu pewnie będę kogoś odsyłał, a i sam się czegoś nauczę.

frusto
frusto
12 years ago

Początek bardzo apetyczny, zachęcam do kontynuacji.

Stefan
Stefan
12 years ago

Żeby to zrozumieć zacząłem szukać wykresy, kto w atmosferze zatrzymuje
jakie częstotliwości promieniowania, trafiłem na
taki obrazek i dopiero nic nie
rozumiem. Wygląda z niego, że w okolicach 10μm — tam, gdzie
Ziemia promieniuje najintensywniej — zarówno CO2 jak para wodna a
także atmosfera jako całość mają minima absorpcji. Czyli powinny być
przezroczyste dla tej podczerwieni.

Czy ten obrazek jest źle narysowany? Czy ja go źle czytam?

– Stefan

sigmadelta
sigmadelta
12 years ago


“Stała słoneczna …ma wartość S = 1366 W s-1 m-2.”

Tu jest chyba błąd w jednostce. Powinno być W m-2, albo J s-1 m-2.
Czy się mylę?

pozdr.

wudjin
wudjin
12 years ago

“Jeśli wartość stałej słonecznej podzielimy przez 4, przemnożymy przez 0,7 (bo 30% uciekło nam w kosmos nie grzejąc niczego), to otrzymamy 239 W/m2. Podstawiając to do prawa Stefana-Boltzmanna dostaniemy ok. 255 K czyli -18 C. Tymczasem z obserwacji wiemy, że średnia temperatura Ziemi wynosi około +15 C. Te brakujące 33 stopnie to właśnie efekt działania gazów cieplarnianych[…]”

Atmosfera ma ok. 255 K na wysokości ok. 5 km 😉 co więcej atmosfera ma mniej więcej taką samą temperaturę, bo spadek temperatury to efekt spadku ciśnienia czyli na rozprężenie, a nie energii-temperatury, wszystko jest względne.

Takie pytanko jaka temperatura byłaby na poziomie morza gdyby ciśnienie atmosferyczne było 2 razy większe czyli atmosfera miała 2 razy większą masę i czy byłby to “efekt działania gazów cieplarnianych” czy może masy atmosfery czyli ciśnienia.

wudjin
wudjin
12 years ago

Pionowy gradient temperatury jaki jest mniej więcej wiadomo i z czym związany, czy jest on suchoadiabatyczny czy wilgotnoadiabatyczny, czy w jakiej znajduje się równowadze, nie zmienia istoty rzeczy.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Pionowy_gradient_temperatury

“W meteorologii, przy analizie ruchu powietrza zakłada się, że powietrze wznosząc się lub opadając podlega przemianie adiabatycznej.”
&
“Gradient umożliwia określenie stanu równowagi w atmosferze. W zależności od wielkości gradientu powietrze znajduje się w stanie równowagi:

stałej (ok. 0,5 °C/100 m)
chwiejnej (ok. 1,2 °C/100 m)
obojętnej (ok. 1 °C/100 m)”

“to efekt sumarycznej absorpcji gazów cieplarnianych i trochę ich rozkładu pionowego. Ciśnienie nie ma tu nic do gadania.”

Czyli jakbyśmy mieli 1000m suchą depresję pod poziom morza, to na jej dnie w stosunku do poziomu 0m, nie mielibyśmy większej temperatury od 5 °C do10°C. A to ciekawe twierdzenie 😉

llukiz
llukiz
12 years ago

Proste pytanie. Jak zmieniłaby się temperatura atmosfery gdyby nagle przybyło drugie tyle azotu ile jest w atmosferze? Czyli masa atmosfery wzrosła by o 70% dajmy na to. Azot nie jest chyba gazem cieplarnianym. Nie było by więc cieplej czy może by było? Jakie jest Twoje zdanie w tej kwestii?

Krzysztof Haman
Krzysztof Haman
12 years ago

@ arctic haze, stefan

“Dobrze go rozumiesz. Dlatego prawie cała energia “ucieka” z atmosfery właśnie przez to okno. Którędyś musi”.

“Prawie cała” to chyba przesada. Z wykresu na “Pierwszym przybliżeniu” zdaje się wynikać, że to tylko 15 – 30%. Warto też zauważyć, że to “atmosferyczne okno” jest częściowo przesłonięte przez ozon, głównie troposferyczny, często wymieniany jako jeden z gazów cieplarnianych. To wprawdzie dość cienka firanka, ale w sumie niewiele słabsza od metanu.

A przy okazji najwyższe uznanie za stworzenie tego blogu.

wudjin
wudjin
12 years ago

Jestem, dalej nie przekonany, no chyba, że ktoś mnie przekona, że teoretyczna temperatura Ziemi przy S.s 2 660 W/m2 będzie istotnie różna od doświadczalnej 😉 która to temperatura wynosi 70°C, oczywiście przy ciśnieniu 1 at.

wudjin
wudjin
12 years ago

Oczywiście chodziło mi o Venus, i właśnie tam na wysokości 50km gdzie panuje takie ciśnienie 1at, zmierzono temperaturę 70°C.
Co ciekawe atmosfera jest całkowicie z CO2 😉 jeśli potraktujemy wszytko niżej jak wiadomą depresję i obliczymy to nawet z ziemskiego pionowego gradientu temperatury czyli 0.6 na 100m to da nam o 300°C większą temperaturę na sprężenie, oczywiście przy gruncie. 🙂

kala.fior
kala.fior
12 years ago

O Arkyczny!

chciałbym zobaczyć spectrum emisyjne Słońca i Ziemi zmierzone na rożnych wysokościach atmosfery, tak żeby prześledzić znikanie np; ultrafioletu, “poszerzanie spektrum absorpcji”, etc. Sekwencja takich spektrów może dać lepsze wyczucie na to co się dzieje tymi obydwoma strumieniami promieniowania.

z góry dzięki

pozdrowienia

wudjin
wudjin
12 years ago

“Ale to nie jest powierzchnia planety. A lokalna temperatura na jakiejś wysokości w atmosferze zależy także od tego co jest poniżej.[…]”

Chyba jednak stratosfera może dogrzać troposferę skoro względnie jest cieplejsza. Znane są zjawiska inwersji temperatury, ale to tylko przy założeniu adiabatycznej zmiany temperatury w atmosferze, a na Wenus powinno to zachodzić tym bardziej.

Już sobie kiedyś wyliczałem, by podnieść temperaturę atmosfery ziemi o 1 C, słońce musi świeć cały dzień, a na dodatek, nic a nic nie mogłaby taka atmosfera wyświeć w kosmos, bo inaczej np. przy 1 w/m2 nadwyżki trwało by to z rok, w przypadku oceanu trzeba na to 1000 razy większego czasu czy energii, by podnieść jego temperaturę o 1 C.

Tak więc nie uwzględniasz czegoś takiego jak pojemność cieplna atmosfery, czy pojęć takich jak, ciepło właściwe i czas.

Krzysztof Haman
Krzysztof Haman
12 years ago

@ arctic_haze
” arctic_haze mówi:
11 kwietnia 2010 o 23:06

@llukiz

Byłoby cieplej ale nie z przyczyn, o których myślał wudjin. Przyczyną byłaby większa masa pary wodnej w atmosferze.

Aby zachować te same względne wilgotności w “większej” atmosferze potrzebowałbyś prawie dwa razy więcej pary wodnej (bo przecież ciśnienie powietrza byłoby prawie dwa razy większe). A para wodna jest gazem cieplarnianym”

To chyba jakieś nieporozumienie. Wilgotność względna jest stosunkiem aktualnego ciśnienia pary wodnej do jego wartości w stanie nasycenia, które praktycznie jest funkcja jedynie temperatury i nie zależy od obecności i ciśnienia powietrza (jego wpływ jest znikomy i zazwyczaj nie uwzględniany).

wudjin
wudjin
12 years ago

Na razie nie dam sobie wmówić, że temperatura w silniku wysokoprężnym osiągana na sprężenie, sprężającym przecież powietrze atmosferyczne i temperatura na Wenus powstająca w wyniku działania tłoka grawitacyjno – atmosferycznego wynikała z działania jakichś innych praw fizyki, zwłaszcza, że są to temperatury tego samego rzędu.

doskonaleszare
12 years ago

Tłoka grawitacyjno-atmosferycznego?

Wenus to nie brązowy karzeł ani protogwiazda, jej atmosfera dawno już przestała kolapsować, i nie posiada wystarczającej masy by przechowywać energię sprzed ponad czterech miliardów lat, jak Jowisz.

Jowisz zresztą też dawno by już ostygł (tzn. osiągnął równowagę termodynamiczną z otoczeniem), gdyby nie efekt cieplarniany.

Krzysztof Haman
Krzysztof Haman
12 years ago

Nie bardzo rozumiem o co chodzi wudjinowi, ale odnoszę wrażenie, że są jakieś nieporozumienia w sprawie gradientów temperatury, zwłaszcza , że przywoływany przez niego we wpisie z 11 kwietnia (10.31) link w Wikipedii jest mało precyzyjny, a przyjęte w Polsce żargonowe wykorzystanie terminu „pionowy gradient temperatury” też precyzyjne nie jest (w ścisłym matematycznym sensie chodzi o pionową składową gradientu temperatury). Anglosasi używają tu terminu „lapse rate”, który jest bardziej jednoznaczny. Trzeba wiec podkreślić, że co innego jest gradient w sensie lokalnym, tzn. różnica temperatury między dwoma punktami odległymi o jednostkę wysokości, a co innego gradient w sensie substancjalnym tzn. przyrost temperatury określonej masy powietrza przemieszczającej się w toku określonego procesu termodynamicznego o jednostkę wysokości (trzeba tu jeszcze uzgodnić konwencję co do wyboru znaku, zwykle inną w meteorologii niż w matematyce). Podobnie można mówić o pionowych gradientach innych wielkości fizycznych, np. gęstości.
W meteorologii zwłaszcza elementarnej, pojęcia te rozpatruje się zwykle w odniesieniu do atmosfery pozostającej w stanie równowagi hydrostatycznej oraz zaburzeń tego stanu równowagi. W takiej atmosferze pionowy rozkład ciśnienia jest funkcją pionowego rozkładu gęstości. Jeżeli w takiej atmosferze cząstkę powietrza (taki próbny balonik o znikomo małych rozmiarach) przesuniemy np. nieco w górę , lecz tak by ciśnienie w nim było równe ciśnieniu nie zaburzonego otoczenia na aktualnym poziomie i założymy, że w tej cząstce zachodzi pewien proces termodynamiczny, w którym gęstość jest określoną funkcja ciśnienia, to cząstka ta okaże się cięższa, lżejsza lub równej gęstości w stosunku do otoczenia w zależności czy lokalny pionowy gradient gęstości jest mniejszy, większy czy równy gradientowi substancjalnemu. Pojawi się wówczas siła wyporu Archimedesa, która tę cząstkę skieruje w z powrotem w dół, lub przeciwnie przyspieszy jej dalszy ruch w górę, lub będzie zerowa. Odpowiada to stałej, chwiejnej lub obojętnej równowadze hydrostatycznej. Ponieważ w dobrym pierwszym przybliżeniu powietrze atmosferyczne można uważać za mieszaninę gazów doskonałych o prawie stałym składzie, lokalne gradienty gęstości można przekładać (za pomocą równania stanu) na gradienty temperatury, którą łatwiej mierzyć niż gęstość. Co do zmian substancjalnych to dobrym przybliżeniem okazuje się proces adiabatyczny, to znaczy nie uwzględniający dopływu do cząstki ciepła lub masy z zewnątrz. Stąd substancjalny gradient temperatury sucho lub wilgotno adiabatyczny używany jest jako kryterium stanu równowagi dla atmosfery przy porównaniu z aktualnymi gradientami lokalnymi. W lepszym przybliżeniu trzeba uwzględniać zmiany składu powietrza w postaci zmian wilgotności a w jeszcze lepszym nawet ciężar skondensowanej wody w postaci chmur czy opadów; robi się to zwykle wprowadzając pewne poprawki do wartości temperatury i takie pojęcia jak temperatura wirtualna lub gęstościowa (ale to już wyższa szkoła atmosferycznej jazdy i nie ma co tu zawracać nią głowy). Jak widać mnóstwo tu różnych idealizacji, jako że ani prawdziwa atmosfera nie jest w stanie idealnej równowagi hydrostatycznej, ani zachodzące w niej procesy nie są idealnie adiabatyczne ani ciśnienie nie jest jednorodne w poziomie i w precyzyjniejszych analizach odchylenia od tych ideałów muszą być uwzględniane. Ważne by czytelnik tego blogu zdawał sobie z tego sprawę.
W każdym razie rozkład temperatury z wysokością w troposferze nie jest wynikiem kompresji czy dekompresji (co zdaje się podejrzewać wudjin) lecz bilansu ciepła transportowanego przez radiację i konwekcję (wraz z mechanicznie generowaną turbulencją i molekularnym przewodnictwem cieplnym). Ponieważ ta ostatnia rozwija się głownie dzięki chwiejności równowagi hydrostatycznej, gradienty sucho i wilgotno-adiabatyczny pojawiają się jako ważne parametry w opisach tego rozkładu.

wudjin
wudjin
12 years ago

Co do Wenus co to nie jest gwiazdą, no nie jest co nie oznacza, że nie ma na niej grawitacji i jej oddziaływanie jest bez znaczenia i ma jakieś inne właściwości niż na gwiazdach, wiadomo, że atmosfera Wenus na wysokości 100km ma temperaturę 100K, na dnie czyli poziomie 0 ma 750K, czyli średnio ma na 100m 0,65K czyli gradient temperatury tzw. suchoadiabatyczny prawie jak na Ziemi, jednak atmosfera Wenus na wysokości 50km ma 70 C, czyli w górnej atmosferze mamy średnio 0,5K zatem, w dolnej 50km-0, gradient ten średnio ma 0,8K.

No i zależy jak komu się podoba, czy w jedną stronę jest wzrost temperatury większy, czy w drugą spadek temperatury mniejszy i co z tego wynika.

To może, jeszcze o co mi chodzi bo są jakieś niejasności, po pierwsze Ziemia nie jest bezwymiarową sferą (płaszczyzną) tylko jest kulą, czyli jeśli waty to wyłącznie na m3, a nie na m2, oczywiście absorpcja jest w większości na płaszczyznę na granicy między atmosferą, a gruntem i oceanem, jednak nagrzewanie to raczej akumulacja ciepła=energii.

Również oczywiste w procesie akumulacji bierze udział głównie masa atmosfery, masa oceanów (średnia grubość 3700m), czy lądolodów Antarktydy (śr.gr 2300m) i Grenlandii, ciepło wnętrza ziemi pomińmy.

Stąd moje twierdzenie o wydumaniu modelu stacjonarnego, prezentowanego przez arctic_haze.

Bowiem co łatwo zauważyć dla obecnej temperatury tego światowego zbiornika ciepła, energia słoneczna nie ma znaczenia, bowiem jest on z nią w równowadze termodynamicznej, tyle samo watów absorbuje co wypromieniowuje czyli tu bilans jest =0

Dla obecnej jego temperatury znaczenie ma ta energia którą on zakumulował historycznie, by to uzmysłowić już pisałem gasimy Słonko i atmosfera z obecnego poziomu średniej temperatury 15C do 14C spada w ciągu dnia, ale jest tysiąc razy bardziej pojemny cieplnie ocean, czyli Słonko nie będzie świecić trzy lata, a temperatura zbiornika atmosfery i oceanu spadnie ledwo o 1 C.

Znów oczywiście przy założeniu, że wypromieniowuje ok. 340w/s przez m2 swojej sfery, a nic nie otrzymuje od Słoneczka.

Wniosek wyciągnięty został już wyżej jeśli mamy na Ziemi średnio absorpcji + ok. 340w/s przez m2, i emisji – ok. 340w/s przez m2, to = 0, i dla gradientu temperatur atmosfery to nie ma znaczenia i wynika on wyłącznie z ilości zakumulowanej energii, z takich właściwości jak ciepło właściwe gazów czy wody, właściwości gazów czyli jak wyżej zauważył pan Krzysztof Haman w zasadzie gazu doskonałego, siły grawitacji bo ziemia to pułapka grawitacyjna itp.

Oczywiście globalnie średnia temperatura całego oceanu, lądolodów może być niższa niż atmosfery, która wymienia znikomy ułamek swojej energii /s, czyli możemy przyjąć, że jej temperatura jest stała, a pionowe różnice jej temperatur to głownie efekt rozprężania.

wudjin
wudjin
12 years ago

Nigdzie nie twierdzę, że temperatura atmosfery Ziemi się historycznie nie zmieniała, twierdziłem, że jeśli tyle samo wypromieniowuje co absorbuje to jej temperatura się nie zmienia.

Nawet napisałem, że wystarczy różnica 1 wata nierównowagi i w ciągu z tego co pamiętam 500-1000lat podniesie czy spadnie jej średnia temperatura o 1 C, oczywiście dzięki pojemności cieplnej oceanu.

Twierdzę, że źle definiuje się powierzchnię Ziemi myląc ją z płaszczyzną absorpcji promieniowania widzialnego, zresztą podajecie temperaturę gazu 2 metry nad poziomem dna atmosfery, a nie powierzchni Ziemi.

Faktyczna średnia temperatura powiedzmy tylko stratosfery to 15C do -50 C na wysokości 10km czyli średnia to -32,5C, dość podobna do temperatury Księżyca, która jest stała metr pod powierzchnią gruntu i wynosi stale -30C.

A różnica temperatur z szczytu stratosfery i dna atmosfery wynika z jej równowagi hydrostatycznej w ziemskim polu grawitacyjnym, o czym uczy mechanika płynów.

Krzysztof Haman
Krzysztof Haman
12 years ago

@wudjin

“A różnica temperatur z szczytu stratosfery i dna atmosfery wynika z jej równowagi hydrostatycznej w ziemskim polu grawitacyjnym, o czym uczy mechanika płynów.”

Chyba źle się Pan uczył mechaniki płynów.

wudjin
wudjin
12 years ago

W moim wypadku najwyżej, coś źle przeczytałem. A z mechanik najbardziej podoba mi się mechanika kwantowa.

Jednak w tym wypadku zastosowanie ma chyba kinetyczna teoria materii, jeśli w temperaturze 300K cząstka azotu ma 520m/s, i temperatura gazu równa się energii kinetycznej gazu, to jeśli za średnią temperaturę przy powierzchni ziemi też ok. 300k odpowiada głównie akumulacja energii w prędkości kinetycznej sprężonego w polu grawitacyjnym gazu, to średnia prędkość cząstek azotu przy powierzchni ziemi i w troposferze na wysokości 100m, 5km do 10km, powinna być podobna, a w ozonosferze powinna być większa w jonosferze największa, czyli gradient prędkości cząstek w atmosferze, im bliżej słońca tym większa ich prędkość, prędkość cząstek w m/s, to dla mnie taka jasna temperatura bezwzględna.

Gdyby za równowagę termodynamiczną i temperaturę przy dnie atmosfery w atmosferze odpowiadała tylko radiacja i gazy cieplarniane (czytałem też oczywiście o równowadze radiacyjno – konwekcyjnej), to prędkość cząstek azotu na wysokości 5km wynosiłaby tyle ile mamy tam temperatury czyli 255K, czyli chyba może błędnie bo na oko to wyliczam coś ponad 450m/s, jeśli mają ok. 500m/s odpowiadałaby by za to głównie kinetyka i pojemność cieplna (gazów, wód, lądolodów).

Oczywiście przeczytałem sobie u profesorów meteorologii, że „termometr wskazuje wyłącznie swoją własną temperaturę!” i im mniejsze ciśnienie tym dłużej musi się nagrzewać czyli uzyskiwać równowagę termodynamiczną z gazem, pewnie na jakiejś wysokości nigdy nie będzie uzyskiwał temperatury równowagi z gazem, bo szybciej wypromieniowuje w podczerwieni niż otrzyma energię kinetyczną od gazu, wynika z tego też, że np. CO2 wskazywać też może swoją własną temperaturę im wyżej w atmosferze tym bardziej różną od cząstek azotu który stanowi główną masę atmosfery.

Wracając do ciśnienia, jeśli na dnie atmosfery uderza w termometr 10 razy więcej cząstek, o prędkości np. 520m/s niż wyżej w atmosferze, gdzie ze spadkiem ciśnienia mamy mniej cząstek na m3, nawet o tej samej energii, to wykonują te pierwsze 10 razy więcej pracy, np. tarcie też zamienia się temperaturę chyba coś nagrzeje się 10 razy bardziej, jeśli potrzemy go z taka samą siłą 10 razy, niż raz na sekundę.

Ale to taka wyczytana wiedza, powiedzmy humanisty;)

wudjin
wudjin
12 years ago

Czy te twierdzenia w cytatach niżej są prawdziwe? Te 340 m/s & „1224 km/h i 1066 km/h” to w powietrzu suchym czy wilgotnym bo gradient spadku temperatur jest różny, dlaczego 1,5 raza wolniejszy jest dźwięk od prędkości cząsteczek gazu, choć pewnie dla panów to oczywiste.

„Prędkość rozchodzenia się dźwięku w danym gazie jest ściśle związana z prędkością jego cząsteczek. Zaburzenie ośrodka gazowego związane z falą dźwiękową przekazywane jest od cząsteczki do cząsteczki dzięki ich zderzeniom. Prędkość rozprzestrzeniania się zaburzenia nie może zatem przekraczać średniej prędkości samych cząsteczek, ponieważ nie wszystkie cząsteczki poruszają się w tym samym kierunku co fala. Np. prędkość fali dźwiękowej w powietrzu w warunkach normalnych wynosi 330 m/s, a zatem jest nieco mniejsza niż średnia prędkość kwadratowa cząsteczek azotu lub tlenu w tych warunkach.”

„Prędkość dźwięku maleje ze wzrostem wysokości lotu (o 10 km/h co 696 m wysokości) i wynosi przy ziemi 1224 km/h, a 1066 km/h na wysokości 11 000 m, powyżej której już nie maleje.”

„W powietrzu w temperaturze 15°C przy normalnym ciśnieniu prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa 340,3 m/s ≈ 1225 km/h. Prędkość ta zmienia się przy zmianie parametrów powietrza. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na prędkość dźwięku jest temperatura, w niewielkim stopniu ma wpływ wilgotność powietrza; nie zauważa się, zgodnie z przewidywaniami modelu gazu idealnego, wpływu ciśnienia.”

“Dźwięk w powietrzu 0C
– 331 m/s

Dźwięk w powietrzu 20C
– 340m/s„

Czyli mamy różnicę 9m/s, według moich impertynenckich skrótów wzorów fizycznych, 3X8,31×2,73K/2,8=24,3 pierwiastek z tego 4,93 razy 100, czyli prędkość cząstek azotu w temperaturze 0C to 493m/s podobnie wyliczone w 20C to 511m/s, czyli mamy 18m/s różnicy.

Oczywiście jeśli to moje wyliczenie prędkości jest prawidłowe, to proporcjonalnie powinno być 1,5 raza czyli 13,5m/s., jeśli tylko prędkość dźwięku zależy praktycznie wyłącznie od temperatury gazu czyli ściślej od prędkości cząstek gazu, wychodzi nie wiem dlaczego 2 razy większa, podejrzewam oczywiście to sprężanie.

Jak widać usiłuję sobie sam odpowiedzieć na niesformułowanie do końca, w poprzednim wpisie pytanie, skąd wiadomo jaka jest prędkość cząstek gazu w atmosferze, weryfikuję ją przy pomocy prędkości dźwięku, ale być może są już jakieś bezpośrednie badania prędkości tych cząsteczek, przy pomocy laserów, i wyważam tu otwarte drzwi.

doskonaleszare
12 years ago

Jak widać, nie tylko wudijn jest przekonany, że wysokie temperatury na powierzchni Wenus nie są spowodowane działaniem ‘tłoka grawitacyjno-atmosferycznego’:

http://wattsupwiththat.com/2010/05/06/hyperventilating-on-venus/

i to wszystko na ‘best science blog of 2008’ 😉

aiczka
aiczka
12 years ago

Denial Depot w debacie o Wenus i teorii ciśnienia/wysokości:
http://denialdepot.blogspot.com/2010/05/post-about-venus.html

kala.fior
kala.fior
12 years ago

Proszę wybaczyć, nie chce się wymądrzać ale w obliczeniu temperatury Ziemi bez atmosfery (-18°C) jest błąd, opisany w EOS p.134. “Forum: What is the atmosphere’s effect on earth’s surface temperature”. Użyte albedo 0.3 jest empiryczna średnią wartością dla ziemi z atmosfera, według artykułu należy raczej użyć 0.14, albedo bez atmosfery, zmienia to temperaturę na -5°C i totalny efekt cieplarniany na 20°C z 33°C.
Jest to chyba bez znaczenia, wspominam o tym tylko dlatego ze w nowym wpisie o “młodej ziemi” jest o tym mowa.

kala.fior
kala.fior
12 years ago

Dzięki za rozplątanie tego supełka!

Wydaje mi się ze Zeng nie ma racji z jeszcze paru innych powodów, atmosfera ma dwa efekty; oziębiający poprzez odbijanie promieniowania i ogrzewający poprzez “radiacyjny efekt cieplarniany.” Jeżeli chcemy odpowiedzieć na pytanie jaki wpływ ma radiacyjny efekt cieplarniany to nie można pomijać efektów oziębiających albo rezultaty będą błędne .
Poza tym, jeżeli studiuje się wpływ jednego parametru to nie należy ruszać dwóch bo nie bardzo wiadomo jak zrozumieć rezultaty.
We wstępie, Zeng wylicza ile różnych podręczników musi być zmienionych, zmyliło mnie to, myślałem ze jego rezultaty są jakimś większym konsensusem, skoro martwi się o jego praktyczne konsekwencje.
AGU-EOS nie jest chyba recenzowany, ale Zeng dziękuje pod koniec paru osobom i dwom edytorom EOS za przeczytanie i “helpful reading and suggestions”.

W każdym razie, jeżeli zauważysz gdzieś dyskusje na ten temat, podaj proszę linka.

dzięki i pozdrowienia

ps. przepraszam za pochopne wytykanie błędu

Piotr
Piotr
9 years ago

Piszesz że:
“Dlatego ważne jest wiedzieć, jak dużo promieniowania krótkofalowego wraca w kosmos. Wielkość tę, nawiasem mówiąc, nazywamy albedo. Pomiary satelitarne świadczą, że jest to nieomal niezmiennie prawie równo 30%.”
jeżeli dobrze to zrozumiałem to wpływ efektu cieplarnianego jest niezmiennie prawie stały. Czyli zakładając że słońce świeci równomiernie oraz że emisja jest równomierna to “efekt cieplarniany” jest również stały i nie ma mowy o wpływie dodatkowego CO2 na ten efekt lub jego wpływ jest pomijalnie mały?
Czy jest możliwość podgrzewania planety od jej wnętrza, na skutek np rozpadów promieniotwórczych?