Niektórzy definiują efekt cieplarniany właśnie w ten sposób: “Gdyby nie było atmosfery Ziemia byłaby zimniejsza o 33 stopnie”. Słyszałem nawet fizyka atmosfery wykładającego w ten sposób. Właśnie o tym jak bardzo błędny to pogląd będzie dzisiejszy wpis.
A pretekstem będzie dyskusja jaką spowodowało ukazanie się w EOS w zeszłym roku tekstu Xubin Zeng “What Is the Atmosphere’s Effect on Earth’s Surface Temperature?” [1]. Na tym blogu zwrócił mi na niego uwagę jeszcze w czerwcu 2010 użytkownik kala.fior [2]. Wyraziłem wtedy swój pogląd na ten temat (o czym niżej) i zapamiętałem, że kala.fior prosił mnie, abym podał link jeśli zauważę gdzieś dyskusje na ten temat. Dziś właśnie (z dużym opóźnieniem) znalazłem tę dyskusję [2] i niniejszy wpis jest w gruncie rzeczy spełnieniem prośby czytelnika.
A sprawa jest ciekawa. Zeng mianowicie bierze zbyt dosłownie wspomnianą na początku (błędną) definicję efektu cieplarnianego i zauważa, że gdyby usunąć atmosferę to zniknąłby nie tylko efekt absorpcji promieniowania długofalowego (podczerwonego), którego istnienie właśnie powoduje, że Ziemia musi być 33 stopnie cieplejsza niż wynika z prawa Stefana-Boltzmanna, aby wyemitować ciepło jakie dostaje od Słońca. Zniknęłyby także chmury, które oziębiają Ziemię, odbijając w kosmos promieniowanie słoneczne (krótkofalowe). Jeśli uwzględnić, że albedo planetarne Ziemi zmieniłoby się z obecnej wartości 0,30 do wartości średniego albedo powierzchni ziemi (pod atmosferą), czyli 0,14, to łatwo wyliczyć, że Ziemia oziębiłaby się nie o 33 a o 20 stopni Celsjusza. W związku z tym Zeng proponuje poprawienie wszystkich podręczników szkolnych.
W komentarzach na blogu napisałem na ten temat, że to bzdura, bo gdyby pozbawić Ziemię atmosfery to nie miałaby albedo 0,14, bo tak niska wartość to wpływ głownie istnienia oceanów, które natychmiast bez atmosfery zamarzłyby, powodując, że albedo planetarne zrobiłoby się nawet wyższe niż 0,30 czyli temperatura spadłaby nawet więcej niż 33 stopnie spowodowane samym efektem cieplarnianym. Zamarznięcie oceanów byłoby prostym skutkiem zmiany ciśnienia nad wodą z 1 do 0 atmosfer. W próżni woda po prostu nie występuje w stanie ciekłym.
Okazuje się, że na stronach EOS tekst Zenga miał dwie repliki (plus odpowiedź autora jak jest w zwyczaju czasopism naukowych). Opublikowano je jeszcze w zeszłym roku, ale znalazłem je dopiero teraz.
Pierwszą replikę przysłał Gerald Stanhill z Institute of Soil, Water and Environmental Sciences w Izraelu. Ciekawa rzecz, ale w ogóle nie na temat tekstu Zenga, ale jak przystało na agronoma na temat szklarni (czyli cieplarni). Powtórzył znany argument, że “greenhouse effect” jest nazwany nieprawidłowo, bo w szklarni jest cieplej z innego powodu niż pod atmosferą ziemska. Szkło absorbuje podczerwień, ale tylko daleką i główna przyczyna dlaczego w szklarni jest cieplej jest jej odizolowanie od wymiany powietrza z otoczeniem. Dodał jednak mniej znany szczegół, że w Izraelu testowano to w praktyce. Sześć miesięcy obserwacji temperatury w szklarni pokrytej szkłem (absorbującym nieco podczerwień) i polietylenem (przezroczystym dla podczerwieni) dało średnio tak małą różnicę temperatury miedzy nimi, że niepewność statystyczna była kilka razy większa (czyli efekt statystycznie nieistotny). Wszystko to ciekawe, ale nic nam nie mówi o efekcie cieplarnianym (oprócz tego, ze jest źle nazwany, ale tego już nie zmienimy – jest na to stanowczo za późno).
Drugą replikę przysłał Spencer R. Weart (nie mylić z Royem Spencerem), ciekawa postać – emerytowany fizyk i historyk fizyki. Napisał mniej więcej to samo co ja na niniejszym blogu: “At that temperature the oceans would freeze over (or in the absence of any atmosphere, they would boil off and fall as snow), severely raising the planetary albedo and lowering the planet’s temperature—to say nothing of albedo change due to biosphere impacts“. Z tym, że oprócz zamarznięcia oceanów przy braku atmosfery Weart przewiduje jeszcze możliwość ich wrzenia i opadu śniegu na lądach (ja bym to nazwał sublimacja i resublimacją ale efekt pobielenia lądów wydaje się całkiem możliwy) oraz zmian albedo spowodowanych zmianami biologicznymi (las bez atmosfery nie byłby długo ciemnozielony). Weart nie próbował jednak szacować o ile by to zwiększyło te rzekome oziębienie o 33 stopnie (efekt li tylko braku efektu cieplarnianego).
Odpowiedź Zenga była dość krótka i nieśmiała. Zgodził się z oboma oponentami i dodał, że jego wniosek należy zmienić na “Ziemia jest 20°C cieplejsza niż byłaby, gdyby usunąć atmosferę nie zmieniając powierzchni ziemi” (“The Earth’s surface temperature is 20°C warmer than it would be if the atmosphere were removed but the surface did not change”). Co jest totalnym gdybaniem, bo jak wspomniał Weart ciekła woda i zielona roślinność nijak nie pasują do próżni.
Uważny czytelnik zapyta, co to wszystko ma wspólnego z globalnym ociepleniem? Otóż w istocie nic, chociaż ażby się prosiło, aby “piarowsko” przedstawić wynik gdybania Zenga jako “efekt cieplarniany jest o 13 stopni mniejszy niż sądzili naukowcy”. Zeng zresztą wyraźnie do tego zachęcał zamącając definicję efektu cieplarnianego i wzywając do zmiany wszystkich podręczników.
Reasumując: efekt cieplarniany to różnica temperatury między znanym nam światem a hipotetycznym światem bez absorpcji promieniowania długofalowego w atmosferze przy założeniu, że albedo planety (łączy efekt chmur i albedo powierzchni), by się nie zmieniło. To założenie nie jest także realistyczne, bo w świecie bez gazów cieplarnianych lodu i śniegu byłoby więcej, czyli prawdziwa różnica byłaby większa niż 33 stopnie. Jednak nierealistyczność tego przypadku nie umywa się do nierealistyczności ziemi bez atmosfery ale z niezmieniona powierzchnią.
Ale zaraz zaraz, czy ja odpowiedziałem na tytułowe pytanie? W zasadzie tak. Byłoby zimniej o więcej niż 33 stopnie. O ile więcej? Jeśli przyjąć (dość konserwatywnie) albedo “pobielonej” Ziemi bez atmosfery na 0,85 to jej średnia temperatura wynikająca z prawa Stefana-Boltzmanna wynosiłaby 173 K (czyli -100°C). Co oznaczyłoby oziębienie Ziemi po pozbawieniu jej atmosfery o… 115 stopni Celsjusza.
Przypisy:
[1] Xubin Zeng (2010). What Is the Atmosphere’s Effect on Earth’s Surface Temperature? EOS Transactions AGU : doi:10.1029/2010EO150002
[2] Naszą dyskusję, o której wspominam można znaleźć pod tym wpisem: Efekt cieplarniany: zerowe przybliżenie
[3] Oba komentarze i odpowiedź Zenga można znaleźć w jednym pliku PDF, niestety jednak, aby go otworzyć trzeba być członkiem AGU (jeśli ktoś nie wie co to AGU, to najprawdopodobniej nie jest).
Hits: 526
Myślę że świetnym przykładem jak wygląda temperatura powierzchni globu bez atmosfery, w dodatku globu który dostaje tyle samo energii od Słońca co Ziemia i do tego ma średnie albedo mniej więcej takie jak powierzchnia gruntu jest Księżyc :).
No nie do końca bo albedo zupełnie inne. Księżyc nie ma na powierzchni praktycznie wcale wody a Ziemia ma średnio ponad 2 km. I to średnio z kontynentami.
Już lepszym modelem jest Europa, szósty księżyc Jowisza. Ma parę kilometrów lodu i 10-12 atmosfery ciśnienia na powierzchni. Z tym, że też nie do końca. Europa ma albedo 0,67 (a Księżyc tylko 0,136) bo ma smugi ciemnej materii na powierzchni.
Przyczyną jest wulkanizm spowodowany silnymi ruchami pływowymi. Europa jest księżycem największej masy w naszym układzie słonecznym (oprócz samego Słońca). Ziemia ma tylko “niewielki” Księżyc w okolicy więc nas siły pływowe nie grzeją prawie wcale (w porównaniu z księżycami Jowisza). Czyli Ziemia bez atmosfery powinna mieć nawet czystszy lód (wyższe albedo), niż Europa, która i tak odbija ponad 4 razy więcej niż powierzchnia “naszego” Księżyca.
Pisalem o albedo gruntu, nie albedo planetarnym (średnim dla całej planety). Umówmy się że Księżycu jest dobrym odpowiednikiem Sahary na Ziemi bez atmosfery. Europa daleko, strumień energii słonecznej mały a taka Sahara bez atmosfery to wypisz/wymaluj Księżyc 🙂
“Pisalem o albedo gruntu, nie albedo planetarnym”
Czekaj, a czym się one według Ciebie różnią przy braku atmosfery?
To znaczy wiem, że jedna jest lokalna a druga globalna, ale naprawdę zgadzam się z Weartem, że Ziemia bez atmosfery będzie wszędzie biała ze względu na sublimację i resublimację lodu. Gdzieniegdzie oczywiście lód będzie pobrudzony przez wulkanizm ale nie sądzę abyś gdziekolwiek na takiej Ziemi znalazł optyczny odpowiednik Sahary.
Jedno jest lokalne, tam gdzie grunt jest odsłonięty. Albedo planetarne rozumiem jako średnie albedo planety, np. za:
http://www.asterism.org/tutorials/tut26-1.htm
By the way, nie bardzo rozumiem skąd woda na Saharze znad której zabierzemy CAŁE powietrze….
I jeszcze jedno – rzeczywiście nie najlepiej dobrałem przykład, Sahara ma albedo ~30% podczas gdy Księżyc ~12%. A nasza dyskusja jest czysto akademicka bo problem “Ziemi bez atmosfery” jest źle zdefiniowany i chyba rozumiemy go inaczej – jak jako Ziemi bez jakiejkolwiek powłoki gazowej, Ty – bez powietrza suchego, ze sczątkową atmosferą z pary wodnej…
Oczywiście, że to “Ziemia bez atmosfery” jest przykładem strasznie źle dobranym i o tym jest cały wpis.
Ale pozwala snuć ciekawe rozważania 🙂
Można powiedzieć, że Ziemia z żywą roślinnością, wodą w płynie i próżnią to nie “gdybanie”, tylko model idealny. Od razu brzmi lepiej.
Fajny artykuł.
Czyżby brytyjski MetOffice przerzucił się z prognozowanie zimy na podstawie letnich temperatur Atlantyku (na czym się sparzył) na prognozy na podstawie aktywności słońca?
http://www.tvnmeteo.pl/informacje/ciekawostki,49/zima-w-normie-przyszle-lato-gorace-prognoza-na-podstawie-aktywnosci-slonca,14060,1,0.html
To równie niebezpieczne źródło prognoz długoterminowych. Zima idzie i chyba niedługo będę musiał napisać obiecany rok temu wpis o tym co ma wpływ na zimowy indeks NAO, a zatem i na cyrkulację w naszych szerokościach geograficznych.
PS. Już chyba rozumiem o czym to. Mianowicie o tym artykule z Nature Geoscience:
http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/abs/ngeo1282.html
I jeszcze jedno. Whiteskies pisał:
“By the way, nie bardzo rozumiem skąd woda na Saharze znad której zabierzemy CAŁE powietrze….
Jeśli cud zabrania powietrza będzie jednorazowy (tzn gazy nie będą cudownie usuwane przez cały czas) to na planecie pokrytej w 2/3 zamarznięta wodą w wyniku sublimacji wytworzy się natychmiast rzadka atmosfera z pary wodnej. W nocy ta para wodna resublimowała by wszędzie, także na Saharze. Tym właśnie taka Ziemia różniłaby się od Księżyca. I to właśnie miał na myśli Weart.
PS. Zresztą to nie byłby tylko powolny proces sublimacji (“parowania lodu”). W pierwszych dniach po zabraniu atmosfery ocean pod próżnią by po prostu wrzał (jak przystało na ciekłą wodę w ciśnieniu 0 atmosfer). Ustabilizowało by się to dopiero gdy wytworzyłaby się wyżej wspomniana rzadka atmosfera z H2O i lód uzyskałby nową równowagę termodynamiczną z parą wodną.
PPS. Ponieważ w pierwszych dniach “wrzącego oceanu” trwałby wyścig między rosnącym ciśnieniem pary wodnej a malejącą temperaturą oceanu trudno dokładnie powiedzieć ile oceanu wyparowałoby i jakie ciśnienie osiągnięto by przed dojściem do równowagi lód-para. Natomiast potem w wyniku postępującego zabielania kontynentów temperatura by malała i praktycznie cała ta nowa atmosfera z pary wodnej osiadłaby z powrotem na powierzchni w postaci szronu (resublimacja).
Na wykresie fazowym wody wyglądałoby to mniej więcej tak (chodzi mi o “trajektorię” wzdłuż dwóch czerwonych strzałek).
przecież to jasne, brak atmosfery to temperatura jaka w kosmosie powiekszona o wpływ temperatury jaką wytwarza sama ziemia na styku ziemi i kosmosu.
Podejrzewam że około -200 st.C
Nie jestem fizykiem, lecz laikiem i tak sądze.
@Zenon
Ja jestem fizykiem i uwierz mi, ale naprawdę jesteś laikiem.
W “kosmosie” czyli jak rozumiem w próżni kosmicznej Układu Słonecznego ciała maja temperaturę zależną od odległości od Słońca i od koloru swojej powierzchni (dokładniej albedo, czyli części oświetlenia słonecznego odbitego z powrotem w kosmos bez zaabsorbowania).
Tak samo byłoby i z Ziemią gdyby nie miała atmosfery. Problem tylko w tym jakie miałaby albedo. Jeśli byłaby pokryta lodem lub śniegiem to znacznie mniejszą temperaturę niż gdyby była sucha i skalista jak Księżyc. Nawiasem mówiąc Księżyc jest bardzo ciemny (albedo 14% w porównaniu z 30% dla Ziemi z atmosferą, chmurami i oceanami) i dlatego jest średnio niewiele zimniejszy od Ziemi mającej atmosferę z gazami cieplarnianymi. Jednak długa doba prawie równa miesiącowi ziemskiemu powoduje, że ta średnia prawie nigdzie nie występuje (z jednej strony jest gorąco a z drugiej lodowato).
Istnienie atmosfery wszystko komplikuje bo z jednej strony chmury zwiększają albedo (czyli oziębiają) a z drugiej strony obecność w atmosferze gazów absorbujących w zakresie w jakim sama Ziemia wypromieniowuje ciepło (czyli w podczerwieni) zwiększą temperaturę. I efekt jest taki jaki obserwujemy: 33 stopnie cieplej niż przy takim samym albedo i braku atmosfery. Jednak mój wpis służył uświadomieniu, że Ziemia bez atmosfery prawdopodobnie byłaby biała, czyli znacznie zimniejsza niż te 33 stopnie mniej niż obecnie.
Gdyby “biała Ziemia” bez atmosfery miała albedo 90% (brudnawy śnieg) to miałaby średnią temperaturę -116 C. Gdyby miała 95% (czyli mniej więcej czysty śnieg) to miałaby średnia temperaturę -141 C. Twoje -200 C wymagałyby nierealistycznego albedo grubo powyżej 99%. Czyli musiałaby być chyba z Teflonu.
@arctic_haze
Ziemia wyglądałaby dokładnie jak Enceladus, a ten ma albedo 99% więc nie jest to takie nierealistyczne.
Myślę, że Ziemia byłaby brudniejsza przez emisja wulkaniczne. Dlatego proponowałem raczej Europę jako model. Na Enceladusie istnieją gejzery wody grzanej intensywnymi pływami spowodowanymi przyciąganiem Saturna i to jest źródło “odświeżania” bieli. U nas pływy spowodowane Księżycem raczej nie miałyby szansy stopić głębi zamarzniętych oceanów więc na podobny efekt bym nie liczył.
Woda by wyparowała z braku ciśnienia
No nie bardzo. Oczywiście ocean będzie wrzał ale zanim dużo się “wygotuje”, powstanie atmosfera z czystej pary wodnej, i wkrótce osiągnie ciśnienie nasycenia tejże pary i zacznie padać śnieg. Tak dokładnie to ciśnienie pary nasyconej w temperaturze 20 C wynosi około 23 hPa, czyli wyparowałaby warstwa 23 cm wody zanim atmosfera by się nasyciła (taka ilość pary wodnej w atmosferze zapewniłaby ciśnienie nasycenia na poziomie morza). Przypominam, że średnia głębokość oceanu to 3000 m. Czyli nie ma szans aby wyparował.
Poza tym, powstaną z tej pary chmury, prawie wyłącznie lodowe, w wyniku czego albedo Ziemi wzrośnie, co jeszcze przyspieszy ochładzanie. A im zimniejsza planeta, tym mniej tej pary wodnej w atmosferze. Skończyłoby się to dokładnie tak jak opisałem w notce (byłem świadomy tego o czym dzis napisałem ale nie chciałem za długo się rozwodzić w szczegółach.
EDIT. Poprawka. Ocean to “tylko” 70% powierzchni Ziemi. Czyli musiałaby wyparować warstwa 32 cm aby zapewnić nasycenie przy +20 C dla całej planety (także nad kontynentami). jednak w praktyce temperatura by opadała i pewnie nawet tyle by nie trzeba. Nawiasem mówiąc po przekroczeniu ciśnienia 6 hPa przekroczylibyśmy punkt krytyczny i przejściowo mogłyby nawet pojawić się chmury z ciekłej wody. Póki by nie zamarzła…
Dlaczego przez ostatnie 30-40 lat mówi się o globalnym ociepleniu?
a) z powodu wycięcia 40% lasów na powierzchni Ziemi i zastąpienia ich asfaltem i betonem lub też zastąpieniem polami uprawnymi. Rośliny pochłaniają ok. 15-25% energii słonecznej i przerabiają ją na energię wiązań chemicznych. Dodatkowo zieleń odbija najbardziej energetyczną cześć światła słonecznego (500-600 nm). Zastąpienie roślin asfaltem powoduje, że 15-25% energii nie jest pochłaniane i nie jest odbijane, za to zamieniane jest na en cieplną. Pola uprawne to z kolei ziemia goła w znacznie większym stopniu niż przy istnieniu naturalnej roślinności,
b) ludzkość w ciągu burzliwego rozwoju przemysłowego (szczególnie ostatnich 50lat) wyzwoliła energię słońca zgromadzoną przez miliony lat w postaci węgla, ropy i gazu. Do tego wyzwoliła energię uranu. Wszystkie paliwa spalane, wszystkie elektrownie jądrowe i termojądrowe (jak powstaną), wszystkie panele słoneczne spowodują tylko i wyłącznie podgrzanie Ziemi – bowiem wytwarzają ostatecznie głównie energię cieplną,
***
Odpowiedź na pytanie co byłoby,gdyby na Ziemi nagle zniknęła atmosfera?
Otóż odpowiedź jest prosta – atmosfera bardzo szybko się wytworzyła – z pary wodnej i gazów rozpuszczonych w oceanach (powierzchnia oceanów – wrzałaby – szczególnie w ciągu dnia – intensywnie nagrzewana przez Słońce – w warunkach zerowego ciśnienia).
Powstałoby ciśnienie atomosferyczne, wrzenie by ustało itd. 🙂
***
Przykład Wenus jest doskonałym przykładem nie na ‘efekt cieplarniany’ tylko na:
a) efekt wyrównywania temperatury przez grubą atmosferę (500 C w dzień, 440 C w nocy,)
b) wysoka temperatura powierzchni Wenus jest skutkiem: -) odległości od Słońca (dociera 2 x więcej energii na m2 niż do Ziemi), gorącego jądra Wenus przy grubej warstwie atmosfery (gdy gruba pierzynka – to ciepło wnętrza ogrzewa powierzchnię), oraz uwaga- braku wody pod postacią chmur, która w atmosferze ziemskiej odpowiada za odbijanie najbardziej energetycznej części widma – czyli światła widzialnego (380 nm-700 nm)
***
Co robić w dobie ‘globalnego ocieplania’ będącego skutkiem nieustannego wytwarzania energii przez ludzkość? Odtwarzać lasy, asfalt malować na zielono lub niebiesko, dachy na biało. Generalnie czas na wykorzystanie nadmiaru energii słonecznej z jednej półkuli na półkuli w której panuje zima. Dzisiejsze technologie na to pozwalają.Oczywiście zastępować paliwa kopalne energią wiatru, ew. słoneczną (wygodniejsza ale gorsza alternatywa).
Trzeba sobie zdawać sprawę, że ludzkość powinna zadbać o lepszą dystrybucję istniejącego ciepła. Zamiast rurociągów z ropą mogłyby powstać rurociągi naziemnie wiodące ciepłe lub chłodne powietrze. Chłodne do miejsc gorących, ciepłe do miejsc zimnych
Ada 1). Zgoda. Powiedziałbym nawet, ze praktycznie jedynym bo pozostałe można zaniedbać. Pewne znaczenie ma rozpad promieniotwórczość minerałów we wnętrzu Ziemi a reszta czyli oświetlenie przychodzące od innych gwiazd, promieniowanie kosmiczne i promieniowanie tła dają energetyczny efekt prawie niemierzalny.
Ad 2) Zasadniczo prawda. Trzeba tylko dodać, że mówimy o albedo w zakresie krótkofalowym (w którym świeci słońce) a nie o “przezierności” bo nie ma takiego terminu. Pewnie chodziło Pan o transmitancję (1 – albedo).
Ad 3) Ale tu już w grę wchodzi transmitancja w promieniowaniu długofalowym, czyli w zakresie w jakim termiczne promieniowanie wysyła Ziemi i jej atmosfera (zasadniczo daleka podczerwień). Bo na przykład para wodna, dwutlenek węgla czy metan silnie absorbują w podczerwieni a w zakresie widzialnym wcale. Są przeźroczyste.
Ad 4) Absolutna nieprawda. Im trudniej Ziemi wypromieniować termicznie tyle samo ile otrzymuje od słońca, wym większą musi mieć temperaturę. Po pierwsze dlatego, ze nierównowaga strumienia energii przychodzącego i wypromieniowanego ogrzewa Ziemię a po drugie dlatego, ze prawo Stefana-Boltzmanna mówi, że ilość energii wypromieniowanej jest proporcjonalna do temperatury (absolutnej) w czwartej potędze. A obecność gazów absorbujących w promieniowaniu długofalowym zmniejsza transmitancję atmosfery w tym zakresie. A że to co absorbuje musi też emitować (inaczej termodynamika wzięłaby w łeb) to powierzchnia Ziemi otrzymuje strumień promieniowania powrotnego z atmosfery i to większy (średnio po całej planecie czyli po dniu i nocy) niż od Słońca. To nie teoria, to jest mierzalne. Właśnie konieczność wypromieniowania tej dodatkowej energii ze strumienia powrotnego spowodowanego obecnością gazów absorbujących w zakresie długofalowym powoduje to, że Ziemi jest o 34 stopnie cieplejsza niż gdyby atmosfera był przezroczysta w zakresie długofalowym. To jest właśnie efekt cieplarniany.
I nie są to żadne hipotezy ale zastosowanie znanych praw fizyki. Było to wszystko znane już pod koniec XIX wieku i dlatego Arrhenius mógł szacować efekt cieplarniany podwojenia atmosferycznego CO2 i udało mu się to całkiem dobrze biorąc pod uwagę, ze własności spektralne absorpcji CO2 w podczerwieni były wtedy jeszcze słabo poznane.
A co do tych rozważań z parą wodną przy braku atmosfery to nic one ne wnoszą w stosunku do tego co pisałem, a raczej zawierają błędy. Para wodna w temperaturze jaka mamy na powierzchni Ziemi nie wytworzy gęstej atmosfery zanim ustanie ustało wrzenie. Ona po prostu się nasyci parą wodną przy ciśnieniu 6 hPa dla 0 °C, 12 hPa dla 10 °C i 23 hPa dla 20 °C (będzie to ciśnienie całej atmosfery bo w niej nic oprócz pary wodnej nie będzie). To nie jest atmosfera jaka znamy. Zresztą byłaby to biała chmura albedo o wartości prawie 1.0 i przez to powierzchnia planety osiągnęłaby jeszcze szybciej temperaturę zamarzania wody. Na początku ta para wodna zapewniała by pewną izolacje termiczna powierzchni przez swój efekt cieplarniany ale byłby on mniejszy niż obecny z braku innych gazów cieplarnianych. A potem szła jak burza w kierunku tego -100 °C, o którym pisałem w artykule bo każde oziębienie tej atmosfery zmniejszałoby ciśnienie pary nasyconej czyli i efekt cieplarniany aż do prawie całkowitego jego zaniku wraz z atmosferą z pary wodnej) przy głębokim mrozie. Tu wystąpiłoby silne sprzężenie zwrotne dodatnie w kierunku oziębiania Ziemi. I w końcu stała by się ona kulą lodu pobrudzonego erupcjami wulkanów, praktycznie bez atmosfery.
W sumie chwalę Pana za próbę niezależnego myślenia, ale fizyki poduczyć to by się nieco przydało.
ad.2 Pojęcie przezroczystości jest prawidłowe. Transmitancja to techniczne określenie przezroczystości niezbędne dla np. obliczeń.
Wenus vs Ziemia:
Ziemia ma średnią temp. powierzchni 15 stopni. Gdyby docierało 2xwięcej energii do Ziemi (czyli gdyby była w odległości 108 mln km jak Wenus), a Ziemia była ciałem ‘doskonale czarnym’ to temperatura wzrosłaby do ok. 130 stopni, tylko z powodu docierania 2x większej energii na jednostkę powierzchni.
Załóżmy, że na Wenus jest tylko tlen i ma temperaturę 130 stopni (bo dociera 2 x więcej energii). Zamieniamy tlen dwutlenkiem węgla. Załóżmy, że 100% energii słońca w zakresie długości fal 8-10 mikrometrów zostanie odbite (skutek absorpcji przez CO2. O ile wzrośnie temperatura na Wenus z powodu pojawienia się atmosfery CO2, która całkowicie absorbuje widmo z 8-10 mikrometrów? Otóż o ok. 10 stopni. Czyli wzrośnie do 140 stopni. Skąd zatem 450-500 stopni na Wenus??? Albedo Wenus- to 0.7 czyli w zakresie widzialnym – najbardziej energetycznym odbija 70% energii. Zatem z powodu zastąpienia tlenu dwutlenkiem węgla – temperatura wzrośnie mniej niż o 10 stopni.
Skąd zatem 450-500 stopni na Wenus????
***
Załóżmy, że bez dwutlenku węgla średnia powierzchni Ziemi wynosi 15 stopni.
Dodajemy dwutlenek węgla w takiej ilości by absorpcja dwutlenku węgla wynosiła w zakresie 8-10 mikrometrów 0.1. O ile wzrośnie temperatura, gdyby Ziemia była ciałem doskonale czarnym? Otóż o … 0.44 stopnia. Gdyby dwutlenek węgla całkowicie absorbował zakres 8-10 mikrometrów (czyli absorpcja 1) wtedy temp. wzrosłaby o …4. 6 stopnia. A przy tym nie uwzględniamy w ogóle, że albedo Ziemi to ponad 0,3 ( dla światła widzialnego, czyli niosącego dużą część energii)
****
Ziemi nie można w żadnym wypadku traktować jako ciała doskonale czarnego. Skroplona para wodna czyli chmury – odbija największą część energii docierającej do Ziemi (wystarczy, że się zachmurzy a natychmiast temp. spada o parę stopni 🙂 Rośliny zamieniają 20 % energii słonecznej wykorzystują do budowy swojego ciałka. 5-10% energii słonecznej rośliny odbijają.
W Polsce ok. 3% powierzchni zostało zastąpione asfaltem i betonem. Polska to kraj średnio zaludniony. Powierzchnia leśna to tylko 29%.
***
A teraz najciekawszy problem na przykladzie Polski:
Polska rocznie otrzymuje ok. 1.2 * E13 kJ energii (od Słońca).
Rocznie w Polsce spalanych jest ok. 100 mln paliw (wszystkich, gaz, węgiel, ropa,drewno itp). Czyli daje to ok. 2.2 *E12 kJ energii. Czyli – uwaga – ok. 20% tego co otrzymujemy od Słońca. Zatem dogrzewamy Ziemię. I to jest clue sprawy. Zamieniamy zieleń na asfalt i beton i jednocześnie wstawiamy grzejnik.
I wszystko zwalamy na spaliny z pieca (czyli CO2) a nie na piec. Na tym polega właśnie wielkie oszustwo.
Przezroczystość to nie jest jednoznaczny termin. A “przezierna atmosfera” jak w oryginalnym Pańskim komentarzu to w ogóle jakiś język z czasów Kochanowskiego. Na pewno nie termin naukowy. I chyba wiem co mówię, bo optyka atmosfery to tematyka mojego doktoratu sprzed prawie 30 lat.
A co do Wenus, to tak. Efekt cieplarniany sprawia, że jest tak ciepła. A co innego jeśli odbija tyle energii słonecznej?
Polecam ten wpis (po angielsku):
https://skepticalscience.com//Venus-runaway-greenhouse-effect.htm
i dyskusję pod spodem. Użytkownikowi Rosco, który ma podobne wątpliwości tłumaczą to tam na tyle dobrze, że nie chce mi się tego powtarzać.
Moje wpisy nie dotyczą ani Wenus ani Ziemi. Dotyczą tylko i wyłącznie globalnego ocieplenia na Ziemi i przypisywania dwutlenkowi węgla istotnego znaczenia.
Główna przyczyna ocieplenia – to wycinanie roślin (które pochłaniają 20% energii słonecznej i zamieniają ją na en. wiązań chemicznych) oraz uwalnianie energii z paliw kopalnych, a także uwalnianie energii atomowej.
***
A co z temperaturą Wenus?
A co byłoby z temperaturą na powierzchni Ziemi, gdyby otoczyć Ziemię idealnym lustrem odbijającym całkowicie promieniowanie Słońca i odbijającym całkowicie promieniowanie Ziemi?
Jaką temperaturę miałaby powierzchnia Ziemi? Łatwo się domyślić, prawda? Skorupa ziemska to 50 km. Co 33m rośnie temperatura o 1 stopień. Na 33 km powinnno być już ok. 1000 stopni. Wnętrze Ziemi – to 4 500 stopni jak się szacuje. Zatem można się domyślać, że temperatura powierzchni Ziemi po otoczeniu Ziemi lustrem osiągnęłaby ze 3 tysiące stopni.
***
Z czego wynika temp Wenus? Z powodu gorącego jądra i grubej warstwy atmosfery i grubej warstwy CO2 stanowiącej całkiem duży opór cieplny dla ciepła płynącego z wnętrza.
***
Kto z klimatologów wziął pod uwagę temperaturę wnętrza Ziemi? I emisję ciepła z wnętrza, opór cieplny powierzchni i opór cieplny atmosfery dla tego ciepła ?
Proszę odpowiadać jednym wątkiem w jednym komentarzu. Bo na litanię nie będę odpowiadał.
Wracając do Wenus umiemy już całkiem dobrze modelować jej atmosferę w modelach radiacyjno-konwekcyjnych. Dowodem jest ta praca:
Mendonça J.M. et l, 2015, A new, fast and flexible radiative transfer method for Venus general circulation models, Planetary and Space Science, http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2014.11.008
W sumie każda atmosfera nieprzejrzysta dla promenowania długofalowego będzie emitowała nie z powierzchni, a efektywnie z takiej wysokości atmosfery dla której grubość optyczna powyżej jest mniejsza niż coś rzędu 1.0. I ta właśnie wysokość będzie miała średnio temperaturę wynikającą z prawa Stefana-Boltzmana. Na Ziemi to mniej więcej połowa troposfery. A temperatura powierzchni będzie wynikała z gradientu pionowego temperatury i wysokości warstwy efektywnie emitującej w kosmos. A ten gradient to efekt równowagi między procesami konwekcyjnymi i radiacyjnymi. Na Ziemi zależny od wilgotności i wynosi od 6,5 do 9,8 K/km (od mokrej do suchej atmosfery). Na Wenus pod chmurami istnieje praktycznie równowaga radiacyjna więc gradient pionowy jest po prostu adiabatyczny. Czyli wysoka temperatura Wenus to w dużym stopniu skutek jej gęstości bo poniżej chmur jest aż 60 km rosnącej temperatury przy gradiencie ok. 8 K/km. W tym sensie temperatura powierzchni zależy od masy atmosfery ale też tylko dzięki temu, że warstwa z temperaturą będącą w równowadze z oświetleniem słonecznym jest bardzo wysoko nad powierzchnią. Bez gazów cieplarnianych i chmur byłaby ona na powierzchni.
Czyli nasze prawa fizyki działają, co zresztą jest odpowiedzią na całą resztę tej litanii.
Odpowiem jeszcze tylko na jedno. Temperatura wnętrza Ziemi dlatego jest bez znaczenia, że skorupa ziemska jest świetnym izolatorem termicznym. Dlatego mimo olbrzymiej temperatury w środku, średni strumień ciepła geotermalnego jest tak mały (65 mW/m2). Zresztą także dlatego jądro Ziemi jest tak gorące bo jest dobrze izolowane i nie ma jak skutecznie tracić ciepła. A dokładniej musi być aż tak gorące aby go stracić. To dokładnie ten sam mechanizm, który sprawie, że gazy cieplarniane “ogrzewają” Ziemię. Dokładniej zmuszają ja aby była cieplejsza bo tylko w ten sposób jest w stanie wyemitować tyle ile dostaje od Słońca.
I jeszcze raz proszę o jeden temat w komentarzu bo ostatni raz odpowiadam na taką litanię (a i to chyba nie na całą).
Który z badaczy temperatur Wenus brał pod uwagę opór cieplny gruntu Wenus. Na głębokościach 100m, 1000 m, 10 km?
Który z badaczy brał pod uwagę temperaturę wnętrza Wenus i wypływające lawy? Powołujesz się na artykuł z 2015, a w 2016 odkryto na Wenus 200km obszar wulkaniczny z wypływającą lawą – właśnie na podstawie pomiaru mikrometrowego :).
Jeśli lawa wypływa silnie wpływając na temperaturę powierzchni i moc emisji w widmie- to jak wyglądało modelowanie ‘działania praw fizyki’ bez tej wiedzy???? Dopasowano parametry modelu i wszystko się zgadzało ? Aby modelować – trzeba brać pod uwagę i temperaturę wnętrza i opór termiczny i emisyjność powierzchni i lawy, wulkany i atmosferę i skład. Jeśli ktoś skupia się na Słońcu i atmosferze i twierdzi, że wszystko ‘działa’, a niewiele wie o gruncie – tzn. że nie wie o czym mówi. CO2 na Ziemi – ze względu na małą ilość nie ma znaczenia dla ogrzewania się powierzchni Ziemi. To człowiek ogrzewa Ziemię spalacją paliwa i wycinając rośliny pochłaniające 20% en słońca. Nikt tego nie wie ? Na Wenus dominującą rolę ma ciepło płynące z wnętrza planety – co przy grubej warstwie CO2 prowadzi do wysokiej temp. na powierzchni. To nie efekt cieplarniany wynikający z oświetlenia energią Słońca, tylko to efekt pierzynki dla gorącego wnętrza :).
Żaden, bo wszyscy znali fizykę, w przeciwieństwie do Pana. Robi Pan błąd, który już znam z dyskusji na tym i na innych blogach, mylnie sądząc, że pojemność cieplna planety ma jakiś związek z jej temperaturą. Ma ale tylko zaraz po jej powstaniu, zanim dojdzie do stanu równowagi (braku zmiany temperatury w skali międzyletniej) albo po jakiejś zmianie warunków (zmiana jasności Słońca albo dodanie gazów cieplarnianych do atmosfery). A mianowicie pojemność cieplna wpływa na to jak długo planeta będzie dochodziła do nowego stanu równowagi. Ale absolutnie do jego wartości (w sensie temperatury).
W sumie liczą się strumienie ciepła a nie entalpia (“zawartość ciepła”). Równowagę osiąga się gdy się absolutnie wyzerują, tzn tyle samo ciepła będzie wchodziło co wychodziło. A temperatura wnętrza Ziemi (czy Wenus) wpływa na strumienie w stopniu minimalnym, dla Ziemi jak już wspomniałem 64 mW/m2. Tak, jedna piętnasta wata na metr kwadrat. Inaczej jedną szóstą promila energii wypromieniowywanej przez ciało o średniej temperaturze Ziemi.
PS. Ziemia jest praktycznie ciałem doskonale czarnym w zakresie w którym promieniuje termicznie. W dalekiej podczerwieni nawet śnieg jest czarny.
Nie mylę pojemności cieplnej z temperaturą. Nie mylę również energii, mocy, temperatury, przenikalności magnetycznej, elektrycznej, nie mylę stałej Boltzmana i stałej Plancka. Nie mylę również wielu innych rzeczy. Nie mylę także transmisji, refleksji i absorpcji.
Ziemia pokryta roślinnością jest ciałem ‘bardziej’ doskonale czarnym niż ciało doskonale czarnym dla światła widzialnego – z powodu pochłaniania 20% energii już na stałe. Kto nie uwzględnia faktu magazynowania 20% energii w roślinach (lądowych i morskich) – ten nie wie o czym mówi i wszelkie rozważania z użyciem modelu ciała doskonale czarnego są fałszywe.
***
Strumień ciepła zależny jest od temperatury powierzchni, od rezystancji termicznej grunty, od struktury, od .. od.. Zatem trudno mowić o wartości 64mW/m2 🙂 Jeśli to jest ‘średnia’, to raczej mocno szacowana.
***
Ażeby oceniać wpływ ludzkości na ocieplenie – należy uwzględnić bardzo wiele rzeczy : w tym budową autostrad, miast, wielkich parkingów (czarne i szare powierzchnie, , pochłanianie energii przez rośliny , budowanie wielkich kopalni odkrywkowych (temp. gruntu rośnie o 1 stopień na 33 metry, pochłanianie, tereny typu Yellowstone, spalanie węgla, ropy, gazu, elektrownie atomowe (na przykładzie Polski paliwa spalane to 20% docierającej energii słonecznej :). Itd.
***
No to kiedy opublikuje pan przełomowe wyniki swoich badań na łamach jednego z czołowych czasopism naukowych? Bo uprawianie denializmmu po cudzych blogach to jeszcze daleka droga do podważenia badań naukowych.
Ja idę spać bo jutro mam od rana parogodzinną nasiadówę na Zoomie, a potem muszę przygotować wykład na pojutrze. A jak będę miał czas to popatrzę czy Pan coś konstruktywnego napisał, dla odmiany. Na razie Pan już nawet zaprzecza wynikom badań geofizycznych, a nawet arytmetyce (oczywiście, ze ten strumień jest bardzo rożny w różnych miejscach świata ale dla bilansu energetycznego Ziemi liczy się przecież tylko jego średnia, która pomnożona przez powierzchnię planety da całkowity strumień ciepła). Życzę powodzenia. Do rana może już da Pan radę zaprzeczyć kulistości Ziemi.
Przejrzałem artykuł dot. Ziemi i Wenus. Doskonale widać, że nikt się nie przejmował ani pochłanianiem energii przez roślinność, ani wydzielaniem ciepła (spalanie paliw, elektrownie atomowe) ani tym, że Ziemia i Wenus to gorące ciała 🙂
Czyli modele zbyt uproszczone do tego by ich używać do oceny rzeczywistego wpływu na klimat.
*** Ja niczemu nie zaprzeczam. Tylko mniej więcej wiem ile jest stacji badania strumieni cieplnych w Polsce (żadnej)
Założenia:
Ziemia:
na głębokości 33 km panuje temp. 1000 C, wsp. przenik. cieplnej: 0,064 W/mK. Atmosfera: grubość 3 km, przenik. 0,035.
Nie świecie słońce, nie ma konwekcji nie ma promieniowania.
Wynik: Temp na powierzchni wynosi Ziemi wynosi: -91 Celsjusza.
Wenus:
Głębokość 33 km,, temp. 1000 C, wsp. przenik, cieplnej 0,064W/mK.
Atmosfera – grubość 50 km, wsp. przenik cieplnej: 0,07 (bo ciśnienie wyższe).
Wynik: Temp. na powierzchni: 466 stopni.
****
I tak się ma sprawa. Słońce może w ogóle nie świecić. Wzajemny stosunek przenik. cieplnej atmosfery i gruntu oraz wzajemne stosunki grubości gleby i atmosfery – dają w/w wyniki
Im grubsza atmosfera – tym goręcej na planecie. Na Ziemi – gdyby atmosfera miała 10 km przy tym samy ciśnieniu -to temp byłaby rzędu 180 stopni Celsjusza 🙂
*****
(cd) opisane przeze mnie wartości to skutek efektu ‘pierzynkowego’. Efekt ‘cieplarniany’ jest nieistotny wobec efektu ‘pierzynkowego’.
Dla efekty pierzynkowego nieistotne są ‘okna absorpcyjne’. Ważny tylko wspólczynnik przenikalności cieplnej. Wysoka temp. na Wenus to skutek tego efektu. A efekt cieplarniany z powodu CO2 – to max 10 stopni C więcej 🙂
Dobra. Wystarczy tych prób cofnięcia nauki przed modele radiacyjno-konwekcyjne powstałe w 1960-ch latach, które nie tylko temperatury ale nawet ich profile pionowe zarówno na Ziemi jak i Na Wenus) tłumaczą bardzo dobrze, a może nawet przed Arrheniusa z końca XIX wieku, który miał wtedy lepsze zrozumienie fizyki atmosfery niż pan Lorak w XXI wieku. To jest blog naukowy a nie jakiś magazyn tekstów pseudonaukowych.
Proszę to traktować jako ostatnie ostrzeżenie.
Aha, to jest blog naukowy :). A ja podawałem wyliczenia na podstawie wzorów znanych dobrze od ponad 100 lat. To jest najwyżej rzemiosło 🙂 No tak.
Jakich obliczeń? Skąd niby ten współczynnik przenikania ciepła? Z kapelusza? Współczynnik przenikania ciepła jest właściwością konkretnej grubości materiału, w tym sensie, że im grubsza ściana z danego materiału, tym jest mniejszy. Więc arbitralny wybór 1000 km głębokości powoduje taki, a dla 500 km będzie dwa razy większy (to samo dla temperatur jeśli założyć liniowość). A dla 100 km 10 razy większy. I co z tego? Dla bilansu energetycznego ważny jest strumień.
A poza tym w atmosferze o transferze energii decydują procesy radiacyjne i turbulentne strumienie ciepła, a nie dyfuzja ciepła jak w skałach. Więc co te obliczenia mają dowieść? Że pan zna fizykę? Jeśli tak to się nie udało.
Poza tym temperatura powierzchni Ziemi nie jest kontrolowana przez ciepło geotermalne. Pisałem przecież jak mały jest jego strumień w porównaniu do tych obecnych w atmosferze.
Jak ktoś nie chce się uczyć to idzie do kąta.
Ban.
A jeśli po polsku to w kwestii efektu cieplarnianego na Wenus polecam ten wpis z portalu Nauka o klimacie:
https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/efekt-cieplarniany-na-ziemi-wenus-i-marsie-401
I prosiłbym o przeniesienie dyskusji o Wenus na tamten blog bo ten wpis jest o czym innym, a wpisu o Wenus na razie tu nie ma.
I jeszcze ten przykład Wenus. Pamiętam, ze chciałem kiedyś napisać nawet wpis o tej planecie. Bo przykład Wenus to akurat idealny dowód skuteczności efektu cieplarnianego. Gruba atmosfera praktycznie z samego CO2 wywołuje na powierzchni temperaturę w której topi się ołów. I to nie przez bliskość do naszej gwiazdy bo Wenus mimo że jest bliżej słońca absorbuje mniej jego promieniowania niż Ziemia w wyniku bardzo wysokiego albedo (0.75). Przy takim albedo Wenus bez efektu cieplarnianego miałaby temperaturę -41 °C pomimo bliskości Słońca. To proste zastosowanie prawa Stefana-Boltzmanna. A prawdziwa Wenus z gęstą atmosferą z CO2 ma około 450 °C na powierzchni.
Wenus to gorąca planeta, podobnie jak Ziemia. Średnia temperatura Wenus jak i Ziemi – to ok. 2-3 tysiące stopni. 🙂
W sensie średniej objętościowej? Pewnie tak, ale co z tego? A jaka jest średnia (objętościowa) temperatura Jowisza, Saturna, Urana czy Neptuna? I co z tego wynika? (pytanie oczywiście retoryczne)
Tak nawiasem mówiąc o temperaturze wewnątrz Wenus możemy cokolwiek gdybać tylko na podstawie modelowania. Nie mamy nawet danych sejsmicznych o prędkości dźwięku wewnątrz planety, w przeciwieństwie do Ziemi.
Ale oczywiscie próbowano. Oto porównanie modelowanych temperatur dla Ziemi (linia przerywana) i Wenus (linia ciągła):
Widać, że biorąc pod uwagę, że im płycej tym większa objętość (proporcjonalnie do promienia w kwadracie) to te 2000 K jako średnia jest bardzo możliwe w obu wypadkach.
Rysunek pochodzi z pracy Aitta A, 2012, Venus’ internal structure, temperature and core composition, Icarus, https://doi.org/10.1016/j.icarus.2012.01.007