Sl.1: Sestava ozračja v volumskih odstotkih
Prva različica: 24.08.2012. Zadnja posodobitev: 26.11.2012. Dodane 4 reference: 18.03.2013.
Polemika z B. Dolinarjem na straneh spletnega portala Skeptik:
<http://www-f9.ijs.si/~margan/CO2/Polemika_BD_EM.html>
Ljudi ne moreš ničesar naučiti. Lahko pa jim daš misliti.
Sokrat
CO2 ni kriv!
Erik Margan
Klimatologija žal ni za telebane!
Ugotavljam da ogljikov dioksid CO2 nikakor ne more biti vzrok za klimatske grozote, ki se mu jih nekritično pripisuje, tako v medijih, kot tudi v uradnih izjavah politikov in klimatologov.
Za obrazložitev te trditve je nujno poznati nekaj srednješolske fizike in kemije, zato bralci šibkejši pri naravoslovju morda ne bodo zlahka sledili razlagi. Vseeno upam, da mi je uspelo tudi razmeroma zapletene pojave pojasniti dovolj preprosto, a vendar ne toliko poenostavljeno da bi bilo že kar napačno! Na srečo so slike dovolj nazorne in z nekaj logičnega premisleka ne bo težko priti do pravilnih sklepov.
Današnje pregreto medijsko „ozračje“ klimatoloških razprav je pripeljalo do delitve na „klimato-panike“ in „klimato-skeptike“. Ta položaj je skrajno neproduktiven, ker onemogoča trezno odločanje, tako stroki kot politiki. Zato je tako delitev nujno preseči in razpravo umiriti s temeljitim znanstvenim pristopom. Kljub tej potrebi po temeljitosti na tem mestu žal ne bo mogoče ukazati na vse pomembne okoliščine, omejil se bom le na ključna, a pogosto spregledana fizikalna dejstva.
Zahvale in pojasnila k 3. različici besedila
Zahvaljujem se mag. Vladimiru Alkalaju za izredno koristne pripombe, od katerih sem večino v celoti upošteval, preostale pa delno, predvsem zaradi drugačnega pristopa k pojasnjevanju, ne pa zaradi vsebinskih razlik v pogledih.
Zahvaljujem se dr. Alešu Stanovniku za opozorilo na razlike v rezultatih izračuna sevanja na podlagi Stefan-Boltzmannovega zakona in Planckovega zakona. Kot sva ugotovila, je šlo za razlike v definicijah: Stefan-Boltzmannov zakon je definiran za sevanje enote površine črnega telesa v polkroglo (prostorski kot 2π steradiana), med tem ko je Planckov zakon normiran na prostorski kot 1sr, ob tem pa je treba upoštevati še Lambertov kosinusni zakon, zaradi česar je razlika v definicijah faktor π, in ne 2π. Čeprav so nekatere absolutne številke drugačne, se na srečo razmerja ohranijo.
Zahvala gre tudi številnim kolegom, ki so me opozorili na nekoliko nerodno razlago v zvezi s Sl.8, zaradi česar sploh ni bilo jasno zakaj v običajnih klimatoloških analizah prihaja do potrebe za vpeljavo tako imenovanega toplogrednega učinka. Upam, da sem sedaj zadevo bolje razložil, ter hkrati pojasnil zakaj je model, na podlagi katerega je narejena bilanca vstopnega in izstopnega sevanja, fizikalno napačen.
Izjava o avtorskih pravicah:
Ves podatkovni in slikovni material je brezplačno na voljo na svetovnem spletu, večinoma na spletnih straneh ameriške agencije NASA in na Wikipediji, in se ob navedbi vira lahko uporablja brez omejitev. Slike in grafi, ki sem jih narisal sam so prav tako na voljo brez kakršnih koli omejitev.
Izjava o „znanstvenem soglasju“:
Takoimenovano „znanstveno soglasje“ o katerem koli znanstvenem vprašanju, tudi o vzroku za podnebne spremembe (na katerega se tako radi sklicujejo zagovorniki domneve o topli gredi) ne obstaja. V znanosti štejejo izključno matematična logika in eksperimentalno potrjene zakonitosti. Mnenja, domneve, stališča, hipoteze, ali teorije znanstvenikov so drugotnega pomena in so podvržena spremembam vpričo novih spoznanj. Že en sam nasproten dokaz zadostuje za razveljavitev vsakega obstoječega uveljavljenega „znanstvenega soglasja“.
Izjava o skladnosti z uradnimi stališči IJS:
Mnenja in stališča izražena v besedilu so sicer izpeljana na osnovi fizikalnih zakonitosti, vendar odražajo izključno osebno prepričanje avtorja in niso v nobeni zvezi z uradnimi stališči institucije, kateri avtor pripada.
Sestava ozračja:
Sestava ozračja je verjetno večini bralcev dobro znana, a je za vsak primer vseeno shematsko prikazana na Sl.1.
Sl.1:
Sestava ozračja v volumskih odstotkih
Molekule dušika, N2, ki tvorijo 79% ozračja, nimajo nobene resonance v območju sončnega sevalnega spektra, in tudi ne v zemeljskem toplotnem infrardečem sevanju, zato ne morejo zajeti svetlobe ali toplote (ozračje je pretežno prozorno!), lahko se segrevajo le ob trkih s drugimi molekulami zraka.
Kisik O2, ki tvori ~19% ozračja, ima le eno izrazito in ozko resonanco v rdečem delu spektra, vendar ozon O3, ki ga je razmeroma veliko le na velikih višinah (20–35km), prestreže pomemben delež predvsem modrega, vijoličnega in ultravijoličnega (UV) dela spektra.
Preostala 2% ozračja sestavljata pretežno vodna para (tako posamične molekule H2O, kot tudi aglomerati več molekul, kapljic in ledenih kristalčkov), žlahtni plini (predvsem argon Ar), ogljikov dioksid CO2, metan CH4, dušikovi oksidi NOx, itd.
Vsebnost vodne pare je v povprečju 1%, a se močno spreminja (med 0.5% in 5%, odvisno od temperature in drugih okoliščin: izparevanj, kondenzacijskih procesov, elektrostatičnega naboja, itd.). Voda v obliki pare, kapljic in ledenih kristalčkov v oblakih prestreže široki razpon sevalnega spektra, tako v vidnem kot infrardečem (IR) območju.
Vsebnost CO2 je v povprečju 0.0380%, kar je na Sl.1 komaj opazno. Spreminja se med 0.0370% in 0.0390%, odvisno od letnih časov, pretežno zaradi oceanov, ki absorbirajo več plinov ko so hladnejši (ker je na južni polobli več morske površine, se to zgodi v tamkajšnjih zimskih mesecih med junijem in septembrom), v manjš meri pa zaradi sprememb v rastlinski pokritosti zemlje. Vsebnosti CO2 v ozračju prispevajo različni naravni viri, predvsem oceanski fitoplankton, rastline, vulkanski izbruhi, itd., nekaj pa prispeva tudi človek, predvsem z ispusti ob sežiganju fosilnih goriv (premog, nafta, plinska goriva), a pomembno prispeva tudi razgozdovanje in sejanje monokultur, ter zlasti povzročanje požarov v naravi. V daljšem časovnem obdobju vsebnost CO2 sledi spremembam temperature z zakasnitvijo od nekaj deset let, pa vse do 800 let (zaradi termohalinskih oceanskih tokov); ni torej sprememba temperature posledica vsebnosti CO2, kot se večinoma prikazuje, temveč obratno! Dokaz za to trditev najdemo v analizah plinov ujetih v globokih plasteh polarnega ledu, kjer na podlagi razmerij izotopov kisika 18O proti 16O lahko sklepamo na temperaturo preteklih obdobij, na podlagi izotopov ogljika 14C in 12C pa na koncentracijo CO2. V zemeljskem termičnem sevalnem spektru ima CO2 le tri posamične in razmeroma ozke resonance, od katerih se najširša delno prekriva z vodnim spektrom, zato vpliv ni izrazit. Absorpcijo sevalnega spektra v plinskih molekulah in njihove karakteristične resonance bomo podrobneje obravnavali nekoliko kasneje.
Žlahtni plini predstavljajo ~1% ozračja, toda ne igrajo večje vloge pri zajemu toplotnega sevanja. Nekateri drugi plini, denimo metan CH4, sicer absorbirajo tolotno sevanje, vendar je njihova koncentracija izredno majhna, zato tudi ne igrajo večje vloge.
Sončno sevanje in problem termodinamičnega ravnovesja:
Sončno sevanje ima na območju zemeljske orbite gostoto sevalne moči 1367 W/m2. To je toliko, kot če bi na kovinsko ploščo s površino enega kvadratnega metra pritrdili likalnik in ga vklopili v električno omrežje! Del tega sevanja prestreže ozračje, predvsem vodna para in ozon, vseeno pa na zemeljsko površje pride okoli 1000 W/m2 (seveda, opoldne jasnega dne na ekvatorju). Sl.2 ponazarja spektralno porazdelitev sevanja (glede na valovno dolžino λ), tako v stratosferi kot pri tleh, oziroma na morski gladini. Za primerjavo je narisana še teoretično (po Planckovem zakonu) izračunana spektralna porazdelitev sevanja idealnega črnega telesa pri temperaturi 5777 K (kar približno ustreza temperaturi površine Sonca), tako da je celotno sevanje enako 1367 W/m2. Izračun kako se pride do te številke je podan posebej na tem naslovu: <Planckov_zakon_sevanja>.
Sl.2:
Spektralna porazdelitev gostote moči sončnega elektromagnetnega
sevanja, izmerjena v orbiti s sateliti ameriške agencije NASA, v
primerjavi s teoretično napovedjo Planckovega zakona sevanja.
Parametri teoretične napovedi so izbrani tako, da je spektralni
integral (površina pod spekrtalno odvisnostjo) enak izmerjenemu, in
sicer 1367 W/m2, kar ustreza temperaturi foto-sfere
5777 K. Odstopanja je mogoče pripisati burnim turbulencam v
sončevi foto-sferi in posledično različnim temperaturam razmeroma
tenke vrhnje plasti plinov. Zraven sta podani še spektralna odvisnost
izmerjena na zemeljskem površju (s podanimi molekulami plinov, ki v
posameznih delih spektra imajo največji absorpcijski koeficient), ter
za primerjavo povprečna spektralna občutljivost človeškega očesa (v
odstotkih). Ločljivost valovnih dolžin je 1nm.
Vertikalna lestvica grafa je podana v površinski gostoti sevalne moči na nanometer [nm] valovne dolžine λ (1 nm je ena milijardinka metra, 1 µm je ena milijoninka metra). Za boljši občutek je zraven narisana še relativna spektralno občutljivost človeškega očesa (standard CIE-1931) izražena v odstotkih (vertikalna lestvica na desni).
Horizontalna lestvica grafa predstavlja valovno dolžino elektromagnetnega valovanja. Vidna svetloba je elektromagnetno valovanje v območju valovnih dolžin med 780 nm (meja med infrardečo in rdečo) in 390 nm (meja med vijolično in ultravijolično); največja občutljivost očesa je pri 555 nm (meja med rumeno in zeleno).
Nad grafom je lestvica frekvenc, ki ustreza valovnim dolžinam, spodaj pa je energija sevanja izražena v elektron-voltih, [eV]. V fiziki pogosto izražamo energijo v eV, zlasti ko preučujemo učinke sevanja na snov. To pa zato, ker so povezave med atomi in molekulami določene z energijami elektronov v zunanjih lupinah atomov in njihovimi medsebojnimi interakcijami. Energija 1 eV je enaka energiji, ki jo pridobi elektron, kadar ga pospešimo v električnem polju z jakostjo 1 V. Kot zanimivost povejmo, da se vezalne energije najšibkejših med-molekularnih vezi v bioloških tkivih začnejo nekako pri ~3 eV. Ultravijolično sevanje (UV) se začne pod valovno dolžino 390 nm, temu ustreza energija ~3,5 eV. Vemo da UV žarki povzročijo spremembe v koži, predvsem nastaja kožni pigment melanin, ki močno absorbira UV sevanje in s tem ščiti notranjost telesa, posredno tudi sproža nastajanje vitamina D, kar je za organizem koristno. A če se izpostavljamo UV sevanju dalj časa lahko dobimo hude opekline, poveča pa se tudi verjetnost da se kakšna poškodovana celica razvije v kožnega raka. Namreč UV žarki z energijami nad 4 eV lahko spremenijo ali celo razbijejo molekularne vezi v organskem tkivu. Pod mejo 4 eV ni možnosti za tovrstne poškodbe, pri nižjih energijah sevanja preide svetlobna energija lahko le v toploto: molekularne rotacije in vibracije.
Molekularne vibracije in rotacije so pomembne tudi pri preučevanju transporta energije med zračnimi molekulami, kot bomo spoznali kmalu. Ravno zaradi tega so na Sl.2 označbe posameznih zračnih molekul, ki zmanjšajo prepustnost sevalnega spektra v posameznem območju.
Graf sončnega spektra na Sl.2 ponavadi imenujemo „solarna konstanta“, čeprav se efektivna sevalna moč s časom spreminja (zaradi ekscentričnosti zemeljske orbite za okoli ±3,4% in zaradi sprememb sončne aktivnosti za okoli ±1,2%). Tistih 1367 Wm−2 je dolgočasovno povprečje. Vendar je za dejanski povprečni učinek sončnega sevanja treba upoštevati da je Zemlja okrogla in da se vrti okoli lastne osi. Sprememba sevalnega kota na osvetljeno površino čez dan je sorazmerna kvadratu sinusa vidnega kota Sonca nad obzorjem; čez noč sončnega sevanja seveda ni. To ponazarja graf na Sl.3.
Sl.3:
Funkcija osvetljenosti posameznega meridiana čez dan in noč. Kot
sevanja je 0 ob svitu, 90° opoldne, 180° ob sončnem zahodu,
spreminja pa se tudi z geografsko širino, zato je povprečje integral
kvadrata sinusa sevalnega kota. Torej je povprečna na Zemlji sprejeta
moč enaka četrtini izsevane sončne moči na radzalji zemeljske orbite.
Ker je funkcija dnevnega obsevanja simetrična glede na horizontalno os pri polovici relativne jakosti, pomeni da je površina pod krivuljo enaka polovici celotne dnevne površine, oziroma je enaka eni četrtini celotne površine koordinatne mreže. To pomeni, da je povprečna sevalna moč ki jo sprejme celotna površina Zemlje enaka 0.25 × 1367 = 341 Wm−2.
Upoštevati je treba tudi pokritost Zemlje z oblaki, v povprečju okoli 40%, Sl.4. Albedo (razmerje med reflektiranim in sprejetim sevanjem) oblakov v vidnem delu spektra znaša okoli 98%, nekoliko manj v IR območju, zato velik del sevanja odbijejo nazaj v vesolje, del pa ga absorbirajo, in le 2% do 20%, odvisno od gostote in debeline plasti oblakov, prepustijo do površja Zemlje. Reflektirani del sevanja ne vpliva na sprejeto povprečje na površju Zemlje, torej je potrebno številko 341 Wm−2 ustrezno zmanjšati. Računa se (deloma podkrepljeno s satelitskimi meritvami v omejenih delih spektra), da oblaki reflektirajo v povprečju ~79 Wm−2, ter kopno in oceani skupaj (v vidnem območju) okoli ~23 Wm−2, skupno ~102 Wm−2. Albedo kopna naj bi znašal ~20%, oceanov pa ~8%, poleg tega je treba upoštevati še površinske deleže (~70% oceanov, 30% kopna), ki niso prekriti z oblaki (~60%), kar pa se ves čas spreminja. Ob navedenih vrednostih dobimo 341 × (0,2 × 0,3 + 0,08 × 0,7)×0,6 = 23 Wm–2.
Sl.4: Zemlja je pokrita z oblaki v povprečju okoli 40%, zaradi česar se pomemben delež sončnega sevanja neposredno odbije nazaj v vesolje (albedo oblakov v vidnem delu spektra je 0.98, ali ~0.8 v celotnem sončnem spektru), torej ta delež sončnega sevanja (~32%) ne vpliva na temperaturo Zemlje.
Za določitev vpliva oblakov na povprečno zemeljsko temperaturo se zdi logična misel, da je dolgočasovno vsako telo v termodinamičnem ravnovesju. Osnovna težava pri tem je v različnih temperaturah posameznih območij zemeljskega površja (ki zato sevajo v nekoliko različnih delih spektra in z različno močjo), ter v različni absorpciji, refleksiji in termični kapaciteti posameznih snovi (voda, kamnine, rastline...) in njihovem obnašanju ob segrevanju in ohlajanju, kar ima za posledico različno velike količine shranjene in sproščene toplote časovno zakasnjeno glede na sončni sevalni maksimum, in zato pogosto pomembne zakasnitve v spremebah temperature.
Sl.5: Relativne spremembe temperature čez dan za različne okoliščine: kamnita in peščena tla se hitro in močno segrevajo in prav tako hitro hladijo, travnate in gozdnate površine se segrevajo in hladijo počasneje in temperaturni maksimum je nekoliko zakasnjen glede na sončni maksimum, vodne površine pa se segrevajo in ohlajajo zelo počasi, temperaturni maksimum pa je zelo zakasnjen.
Pri teh zakasnitvah so zlasti pomembni oceani, ki lahko shranijo velikanske količine toplote za več let. Še več, perioda kroženja morskih termohalinskih tokov znaša približno 800 let. Posledično je zemeljski eko-sistem vedno izven termodinamičnega ravnovesja, o delnem ravnovesju je mogoče govoriti le pogojno in kratkočasovno (največ nekaj dni).
Kljub navedenim težavam bomo poskusili uporabiti domnevo o termodinamičnem ravnovesju, da vidimo kam nas bo taka analiza odpeljala.
Tudi če bi vzeli najbolj črnoglede napovedi Mednarodnega odbora za podnebne spremembe (International Panel for Climate Change, IPCC) o naraščanju temperature za 6°C do konca stoletja (kar so leta 2009 že preklicali in sedaj napovedujejo le okoli 3,3°C), bi to pomenilo 6/90 = 0,067°C na leto, kar je še vedno zadosti blizu kratkočasovnemu termodinamičnemu ravnovesju. Za tako ravnovesje je značilno, da telo izseva toliko energije kolikor je dobi. Če torej poznamo povprečno letno temperaturo Zemlje, ki znaša ~14—15°C (za porazdelitev po celotnem površjui Zemlje glej Sl.6), lahko s pomočjo Planckovega zakona (tako kot prej za Sonce) izračunamo celotno sevalno moč Zemlje.
Sl.6:
Porazdelitev povprečnih letnih temperatur po geografskih širinah
(vir: NASA). Za celotno površje ponavadi navajajo povprečje v območju
med 14–15°C.
Za določitev razmerja med sprejeto in oddano energijo je pomembno določiti parametre ohlajevanja. Zemlja se hladi tako s sevanjem, kot tudi zračno konvekcijo in izparevanjem vode, zrak pa spet s sevanjem in konvekcijo, vendar podnevi drugače kot ponoči. Gostota sevalne moči je neposredno odvisna od temperature, po Planckovem zakonu sevanja, kot smo že uporabili pri Soncu. Privzemimo da je najvišja dnevna temperatura enaka 22°C, najnižja nočna pa 8°C, kar ustreza povprečju 15°C. Pri 22°C, oziroma 273 + 22 = 295 K, seva Zemlja okoli 427 W/m2; pri 15°C, torej 273 + 15 = 288 K okoli 388 W/m2, pri 8°C, oziroma 273 + 8 = 281 K pa okoli 351 W/m2, Sl.7.
Sl.7:
Gostota moči sevalnega spektra Zemlje pri temperaturah
295 K (+22°C), 288 K
(+15°C), in 281 K (+8°C) Zraven sta
še podatka za polarno območje 243 K (–30°C)
in ekvatorialno puščavsko območje 318 K
(+45°C). Spektralni integral vsake od krivulj je podan številčno
v W/m2. Krajevne
temperaturne variacije so še večje kot so vzete v tem grafu. Rekordna
zabeležena temperaturna ekstrema sta +57°C julija 1913 v
puščavski Dolini smrti v Kaliforniji (ZDA) , ter –89°C
julija 1983 na Antarktiki (ruska raziskovalna postaja Vostok).
Iz grafa na Sl.7 je razvidno, da je sevalna moč pri višji temperaturi višja, in tudi spektralni vrh se pomika proti krajšim valovnim dolžinam (večjim energijam). Intenziteta sevanja (integral spektralne odvisnosti) gre s četrto potenco temperature, kot je ugotovil Jožef Stefan, j = σT4 (Stefanovo konstanto, σ = 5.6704×10–8 Js–1m–2K–4, so kasneje določili s pomočjo drugh temeljnih konstant: σ = 2π5k4/15c2h3, kjer je k Boltzmannova konstanta in h Planckova konstanta). Zaradi odvisnosti od četrte potence temperature je kljub razmermoma majhnemu tempraturnemu razmerju (absolutne temperature v kelvinih!) razmerje sevalnih gostot veliko.
Iz navedenih številk sledi, da je razlika med povprečno vstopno močjo 341 Wm–2 in izsevano močjo 388 Wm–2 (ob povprečni temperaturi 15°C) enaka zajetnih –47 Wm–2; to pomeni, da naj bi Zemlja kot celota pri 15°C sevala 47 Wm–2 več kot v povprečju dobi od Sonca!!!
Ali gre nemara za napako? Kako to lahko upravičimo? Ali sploh to lahko upravičimo?
Ta problem od konca 90tih let skušajo pojasniti s toplogrednim učinkom zemeljskega ozračja. Poglejmo najprej model pretokov moči, ki sta ga za IPCC sprva izdelala Kiehl in Trenberth leta 1997, nakar so ga novejšim satelitskim meritvam prilagodili Trenberth, Fasulla in Kiehl leta 2004, Sl.8.
Sl.8: Model globalnega povprečja pretokov moči (Trenberth, Fasulla in Kiehl, 2004; v naslovu grafa je napaka, ne gre za pretoke energij, pač pa moči!). Ali je sploh mogoče verjeti, da toplogredni plini (Greenhouse Gases) prispevajo celih 333 Wm–2, oziroma le 8 Wm–2 manj kot Sonce v celoti??? In zemeljsko površje naj bi sevalo nazaj 396 Wm–2, ali krepkih 235 Wm–2 več kot dobi od Sonca (161 Wm–2)??? Seveda so posledično vse ostale številke na desni strani napačne. Skratka, gre za fizikalno popolnoma neustrezen model.
Najprej je treba pojasniti, da so na Sl.8 vse količine podane tako, kot da so natančno poznane in določene, a so dejansko določene zelo približno, nekatere pa preprosto z ugibanjem! Prav tako niso podane ocene intervala zanesljivosti katere koli od teh količin. Poleg tega bi za vsa sevanja navzven bilo s stališča statistične obravnave pravilno, če bi bila sevanja ocenjena na podlagi povprečij četrte potence absolutne temperature posameznih območij, ne pa ene same linearno povprečene temperature za celotno površje! Nadalje, trditev, da je možno izpovprečiti dnevne in nočne razmere je napačna. Po dnevi Zemlja pretežno sprejema energijo od zunaj, med tem ko ponoči prihaja do postopnega sproščanja proti ravni termičnega ravnovesja z različnimi časovnimi zamiki in različno hitro za različna območja, torej so sevalni spektri posameznih območij različni in imajo maksimum pri različnih valovnih dolžinah, ter posledično različnih energijah. Zato Zemlje ni mogoče obravnavati kot idealno ali neidealno črno ali sivo telo, ki seva. Zato bi tudi večina zapisanih gostot sevalnih moči morale biti povsem različne po dnevi ni po noči, a so podane kot če bi Sonce sevalo enakomerno 24 ur pri ¼ moči.
Prvotna analiza iz leta 1997 je izrecno poudarjala, da naj bi zemeljska energijska bilanca bila natančno termodinamično uravnovešena. Temu je težko pritrditi, iz dveh razlogov: sistem ni izoliran od zunanjega vira toplote, hkrati pa je dobro izoliran od notranjega vira toplote. Čeprav je temperatura v središču Zemlje ~8000 K, ter še vedno ~1000 K pri geoloških razpokah ob izlitju lave, je izguba toplote skozi površje (vključno z vulkanskimi izbrzuhi in izlitjem lave iz geoloških razpok, tudi na oceanskem dnu) le okoli 0.08 W/m2. To pomeni da notranja toplota ne prispeva bistveno k temperaturi ozračja in je to potem odvisno le od zunanjega vira, ter toplote dolgočasovno akumulirane v oceanih (voda prevaja in zadržuje toploto bistveno bolje kot zemeljska skorja, hkrati pa sprememba agregatnega stanja, tako tekočine v paro, ali tekočine v led, in obratno zahtevajo nesorazmerno veliko energije v primerjavi s spremembo temperature). Nasprotno, večji vulkanski izbruhi lahko zaradi povečane koncentracije prahu toliko zasenčijo površje, da pohladijo ozračje za nekaj stopinj Celzija za obdobje nekaj let! Skratka, sistem, ki je odvisen skoraj izključno od zunanjega vira z neenakomerno porazdelitvijo, lahko navidezno krši načela termodinamike in praktično nikoli ni v termičnem ravnovesju.
Nerazumevanje tega problema je pripeljalo do vsiljene vzpostavitve termičnega ravnovesija s pomočjo ideje o toplogrednem učinku (ta ideja izvira še iz izračunov, ki jih je opravil Fourier v XVIII stoletju). Vsiljevanje takega ravnovesja ob neustrezno poenostavljenem modelu nujno pripelje do fizikalno nesmiselnih številk na Sl.8, kjer je atmosferskemu sevanju nazaj na površje Zemlje pripisano celih 333 W/m2, ali le 8 W/ manj kot je celotno povprečno sončno sevanje (341 W/m2). Ravno tako nesmiselno veliko je sevanje zemeljskega površja, kar 396 W/m2, če ga primerjamo z absorbiranim sončnim sevanjem na površju, ubogih 161 W/m2, čemur je treba odšteti še 97 W/m2, ki jih odnašata konvekcija (17 W/m2) in izparevanje (80 W/m2).
Ob vsem tem je nujno poudariti, da v takem modelu, ki vključuje toplogredni učinek, za dvig temperature ~0,6°C zabeležen v XIX in XX stoletju zadošča borih 1,6 W/m2 (!!!) razlike v termičnem ravnovesju od leta 1850 do leta 2000. Tako majhno razliko bi lahko upravičili že z rahlo drugačnimi ocenami nekaterih manj zanesljivih količin v celotni bilanci. Poleg tega, v primerjavi z naravnim deležem znaša človeški prispevek vse energijske potrate (ne porabe!) in vseh izpustov borih 0,02 W/m2, kar je premalo za kakršen koli opazen učinek.
Od vseh navedenih količin je še najlažje in najbolj zanesljivo oceniti izhlapevanje, ker ga lahko izmerimo posredno s količino letnih padavin. Tu se je težko zmotiti, vse ostale količine so bolj ali manj vprašljive.
Kot posredni dokaz za te trditve si lahko ogledamo meritve reflektirane in izsevane moči, kot ju je izmeril satelit CERES ameriške Agencije za zrakoplovstvo in vesolje NASA. Nekajletno povprečje reflektirane moči znaša okoli 260 W/m2, izsevane moči pa ~180 W/m2, Sl.9.
Sl.9:
Nekajletno povprečje reflektirane
(~260 W/m2)
in izsevane moči (~180 W/m2),
izmerjeno s satelitom CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy
System, med letoma 2000—2004) ameriške agencije NASA. Žal so
barvno lestvico na desni sliki za izsevano moč izbrali nekoliko
nerodno in je težko na oko oceniti deleže prehodnih območij.
Lahko torej ugotovimo, da prikazani model nikakor ne ponuja prepričljivega dokaza za obstoj toplogrednega učinka, še zlasti ne če njegov pomemben delež pripišemo CO2.
Mimogrede, ameriška agencija NASA je že leta 1984 izstrelila v orbito satelit ERBE (Earth Radiation Budget Experiment). Na njihovi spletni strani (zadnja posodobitev maja 2012) se nahaja tale model <http://asd-www.larc.nasa.gov/erbe/components2.gif>, Sl.10, kot delovna hipoteza za interpretacijo meritev:
Sl.10:
Model zemeljskega sevalnega
ravnovesja ameriške agencije NASA za program ERBE. Vrednosti so v
odstotkih. Seveda je tudi ta model zelo poenostavljen, vendar vsaj
lahko opazimo, da nikjer ni videti atmosferskega sevanja
„toplogrednih plinov“ nazaj proti zemeljskemu površju!
Najbrž je odveč pripomniti da daljnjega leta 1984 še ni bilo
„medijske tople grede“, ki bi jo bilo nujno upoštevati,
če naj eksperiment dobi od državne administracije sredstva za
izvajanje programa!
V prejšnji različici tega besedila Sl.10 še ni bilo, na tem mestu sem podal svojo analizo sevalnih razmerij, ki so se v grobem ujemali z odstotki na Sl.10. Ker pa nisem imel nobenih zanesljivih podatkov, sem o nekaterih količinah in njihovih razmerjih ravno tako ugibal, kot avtorji Sl.8. Ko pa sem ob brskanju za podatki pri NASAi odkril Sl.10, sem sklenil svoj izračun umakniti. Sicer je Sl.10 sestavljena prav tako na nekaterih fizikalno ne najbolj premišljenih domnevah, vendar vsaj ne kaže absurdno velikih odstopanj od običajnega gradienta temperature v ozračju, torej nobene „tople grede“, ki naj bi sevala nazaj in segrevala površje. Skratka, glede napak na Sl.8 lahko sklenemo naslednje:
Nekaj napak zagotovo lahko pripišemo ocenam posameznih količin, ki jih ne poznamo dovolj dobro, in na njihovo velikost sklepamo posredno prek drugih znanih procesov ali količin. Vendar je poglavitna napaka v dejstvu, da ne smemo izračunati zemeljsko povprečno temperaturo in na osnovi te izračunati izsevane gostote moči! Namesto fiktivnega sončnega segrevanja z ¼ sevalne moči čez 24 ur je treba vzeti celotno dnevno sončno sevanje pomnoženo s funkcijo na Sl.3, na tej osnovi izračunati segrevanje ozračja, potem pa od dosežene temperature izračunati eksponencialno ohlajanje čez noč! Kot smo videli, je gostota sevalne moči funkcija četrte potence temperature, zato bi morali upoštevati deleže zemeljskega površja na posamezni temperaturi, nato izračunati povprečje četrtih potenc njihovih temperatur, oziroma njihove gostote sevalne moči, ter končno izračunati povprečno sevalno gostoto moči vseh deležev zemljske površine! Vsakdo ki je kdaj reševal kako nalogo iz statistike ve, da je narobe če iz stresanih količin najprej izračunamo linearno povprečje, namesto da vzamemo koren iz vsote kvadratov. In ker imamo tukaj opravka s funkcijo četrte potence temperature, se napake toliko hitreje razraščajo.
Problem povprečevanja je dodatno otežen z dejstvom da so mnogi procesi, ki vplivajo na klimo, med seboj odvisni, bodisi da se med seboj ojačujejo ali potirajo. Zato jih ne moremo obravnavati z uporabo Gaussove statistične porazdelitve, ta namreč izrecno zahteva, da so posamični učinki popolnoma naključni in neodvisni. Torej je nujno zateči se drugačnim porazdelitvam, ena takih je denimo Maxwell-Boltzmannova porazdelitev, ki jo uporabljamo pri obravnavi elektromagnetinh problemov. V primeru ko vzročno-posledičnih povezav med posameznimi pojavi ne poznamo dobro, vemo pa da obstajajo, se lahko zatečemo fraktalni statistiki, ki je pogosto v uporabi pri obravnavi „kaotičnih“ sistemov (fraktalnost je tukaj posledica dejstva da obravnavani procesi niso reverzibilni, ali pa se dogajajo v nehomogeni okolici in kot posledica niso vse prostorske smeri med seboj enakopravne, obstajajo torej smeri z večjo termodinamsko verjetnostjo, denimo topel zrak se v gravitacijskem polju dviga in transport energije poteka bolj izrazito navzgor, kot pa vstran ali navzdol). Če pa uporabimo take statistične porazdelitve, se je treba zavedati da so te okoli maksimalne vrednosti nesimetrične, zato moramo pričakovati, da ekstremni dogodki nastopajo bolj pogosto, kot v Gaussovi porazdelitvi! To pomeni da je statistično povečanje pogostosti ekstremnih dogodkov naravna posledica med seboj povezanih dejavnikov, ki nastopajo v teh procesih, torej ne morejo biti posledica nekih umetno vpeljanih vplivov.
Seveda je ob statistično pravilni obravnavi naloga tako zapletena, da se je nihče ne loti, čeprav je to edini pravilen pristop. Površje morja ne ve ničesar o temperaturi površja puščave ali gozda; sevanje je lokalen pojav, funkcija lokalne temperature, in ne neke fiktivne povprečne temperature! V znanstveni literaturi do danes nisem še zasledil ne članka, ne opisa računalniške simulacije, kjer bi ta račun bil pravilno izpeljan.
Še ena možna napaka je da nikjer ni upoštevana količina toplote shranjena v ozračju v obliki kinetične energije molekul. Če upoštevamo da je povprečna gostota zraka v spodnjih plasteh 1,2 kg/m3, in da je njihova povprečna hitrost približno enaka hitrosti zvoka, 340 m/s, lahko ob pomoči enačbe za gibalno količino (W = mv2/2) hitro ugotovimo, da je v nižjih plasteh ozračja shranjenih ~70.000 Ws/m3! Seveda, ta mehanska energija ne preide nazaj v sevanje (vsaj večji del ne), in je približno linearno odvisna od temperature, zato tukaj veljajo drugačne razmere kot pri termičnem sevanju. Dnevno-nočne spremembe si tudi tu sledijo z določeno zakasnitvijo.
Problem tople grede kot atmosferskega modela:
V odprtem ozračju ne more biti toplogrednega učinka. Topla greda učinkuje le v zastekljenem zaprtem prostoru, ker ta omogoča svetlobi segrevanje notranjosti in hkrati prepreči dvigovanje toplega zraka in vstop hladnega zraka.
Zračne molekule sprejemajo in sproščajo energijo le na dva načina: z zajemom oziroma emisijo fotona na lastnih resonančnih frekvencah molekule, ter z medsebojnimi trki molekul, Sl.9. Pri tem je pomembna sestava zraka, njegova gostota in povprečna hitrost molekul.
|
|
|
|
Sl.9: Absorpcija fotona, spontana emisija fotona, ter medsebojni trki molekul.
Pri tleh je zrak najbolj gost in povprečna hitrost molekul je približno enaka zvočni hitrosti (~340 m/s). Molekula lahko zajame le foton ustrezne energije, oziroma ustrezne frekvence (energija fotona je enaka produktu Planckove konstante in nihalne frekvence, E = hν), ki se ujema z eno izmed resonančnih frekvenc same molekule. Molekula energijo zajetega fotona pretvori bodisi v lastno nihanje, rotacijo, ali kinetično energijo (spremembo hitrosti). Povprečna prosta pot molekul pri zračnem tlaku 101300 N/m2 (1013 hPa, ~1 Bar, 1 atmosfera), gostoti 1,2 kg/m3, ter temperaturi 20°C znaša približno pet milijardink metra (5×10−9 m, ali ~50 atomskih radijev), povprečni čas med dvema trkoma je okoli 15×10−12 s. V primerjavi s tem je povprečen čas med zajemom in spontano emisijo fotona (čas med katerim molekula pridobljeno energijo ohranja v obliki lastnega nihanja) okoli 10−10 s, torej ~7× daljši. Zato molekula, ki je zajela foton, prej trči z eno od sosednih molekul s katero si delno izmenjata energijo, kot pa da se odvečne energije znebi z spontano emisijo fotona. Zato temperatura zraka narašča le do vzpostavitve ravnovesja med sprejetim in oddanim sevanjem in povprečno kinetično energijo.
Učinek tople grede zelo dobro poznajo vozniki, ki morajo parkirati svoja vozila na odprtem nezasenčenem parkirišču: pregrevanje notranjosti kabine blažijo tako, da okna ne zaprejo popolnoma, pustijo kakšno centimeter široko režo, kar omogoča da vroč zrak uide.
Ogreti zrak se širi in se zaradi manjše gostote dviga. Na večjih višinah je zrak redkejši in hladnejši, posledično je povprečna prosta pot molekul med dvema trkoma nekoliko daljša in njihova povprečna hitrost je manjša, zato se povprečni čas med dvema trkoma podaljša. S tem se poveča verjetnost, da molekula spontano odda foton prej kot bi trčila v svojo sosedno molekulo in z njo izmenjala energijo. Tudi verjetnost da druga molekula zajame emitirani foton se v redkejšem zraku zmanjša. Razmerje med oddano in sprejeto energijo se tako poveča, več energije gre v vesolje v obliki sevanja, ozračje se ohlaja. Tudi če bi plini, ki se jim pripisuje toplogredni učinek prispevali segrevanju pri tleh, je tega učinka konec že na višini prve temperaturne inverzije. Nad to mejo ti plini pospešijo ohlajanje ozračja, namesto da bi to ohlajanje preprečevali. Običajno v mirnem jasnem ozračju nastopi temperaturni obrat na okoli 10-15 km, vendar pogosto zaradi kondenzacije vodne pare v kapljice nastopi že tudi mnogo nižje. Ta pojav dobro poznajo prebivalci Ljubljane, kjer do temperaturnega obrata pogosto pride že na višini ~300 m nad tlemi, zaradi česar se hladen zrak (in megla) zadržuje pri tleh. Na zelo velikih višinah (nad 15km) povprečna hitrost molekul spet narašča in atmosfera je efektivno precej toplejša, vendar je tam zrak že tako redek da je učinek te toplote na spodnje plasti zanemarljivo majhen. Sl.12 kaže višinsko odvisnost pritiska, gostote, temperature, in hitrosti zvoka v zemeljskem ozračju.
Sl.12: Porazdelitev pritiska [kN/m2], gostote [v kg/m3], absolutne temperature [K], in zvočne hitrosti [m/s] v zemeljskem ozračju glede na nadmorsko višino [km].
Še en pomemben učinek je potrebno upoštevati: vodno paro. Če zraku dodajamo vodno paro se njegova gostota zmanjšuje. Na prvi pogled se to zdi čudno, vendar je treba upoštevati da je molska masa H2O le 18 g/mol (1H2 in 16O), med tem ko je zraka (mešanice 79% 14N2 in 18% 16O2) okoli 29 g/mol. Zato izparevanje z vodne gladine zaradi sončnega sevanja redči zrak in ga dodatno segreva (pozor: tukaj energijo za isparevanje prispeva Sonce, zato se temperatura zraka ne zmanjša!). Ko pa se vlažen in topel zrak dvigne na večjo višino, se ohladi, para preide v kapljice in ob tem sprosti veliko količino toplote, ki zrak dodatno ogreje in pospeši njegovo dvigovanje. Zato v in ob oblakih pogosto naletimo na močne vzgonske in turbulentne tokove; tisti ki so kdaj z letalom prileteli v goste oblake se najbrž spominjajo kako jih je premetavalo.
Sprememba temperature vode za eno stopinjo zahteva energijo 461 J/kg, med tem ko za spremembo agregatnega stanja med paro in kapljevino (ob isti temperaturi) gre kar 2.27 MJ/kg, torej ~400× več! Če še privzamemo da je gostota pare v zraku ~1% (zaokroženo zaradi enostavnosti), ter da je volumen pare pri nizki temperaturi ~3× večji od kapljevine, pomeni da vsak kubični meter zraka vsebuje ~3 litre vode, zato dejansko vsak m3 zraka ob popolni kondenzaciji lahko pridobi ~7 MJ toplote! Zaradi te energijske razlike sprememba agregatnega stanja vode nikakor ni zanemarljiva, nasprotno, igra zelo pomembno vlogo, tako pri tleh in vodnih površinah kjer izparevanje ohlaja podlago (kar je ključnega pomena pri listju rastlin!), kot tudi v oblakih kjer kondenzacija segreva ozračje.
Žal večina klimatskih modelov (vsaj tistih opisanih v literaturi) privzema približek, da se izparevanje pri tleh in kondenzacija v oblakih med seboj po energijskih učinkih izničita. To ne drži povsem, ker veliko sončne energije, ki segreje tla, zaradi dviga temperature in vlažnosti zraka potem preide v transport vode navzgor do ravni oblakov, in ta del energije, ki se porabi v mehanski obliki, ni več na voljo za prehod v toplotno sevanje, oziroma se sevanje premakne proti nižjim energijam in daljšim valovnim dolžinam, kjer ga ozračje ne more več absorbirati.
Ravno tako večina klimatskih modelov obravnava toplotno sevanje s Stefan-Boltzmannovim zakonom, kjer je energijska gostota sevanja sorazmerna Stefanovi konstanti σ (grška črka sigma, po prvi črki priimka), pomnoženi s četrto potenco temperature, matematično zapisano kot j = σT4. Pozor: T je absolutna temperatura v kelvinih [K], zato je številkam v °C treba prišteti 273, če želimo energijsko realno oceniti temperaturna razmerja.
Toda Stefan-Boltzmannov zakon velja le za idealno črno telo. Idealnega črnega telesa pa v naravi ni (razen morda „črne luknje“), prav tako ni idealnega sivega telesa. Namreč, nobeno telo ne seva z enako energijsko gostoto na vseh frekvencah elektromagnetnega valovanja, pač pa sledi Planckovi zakonitosti (Sl.2), torej doseže maksimum ob določeni frekvenci, ki je obratno sorazmerna temperaturi, med tem ko na višjih in nižjih frekvencah eksponencialno pada proti nič. Poleg tega večina snovi izkazuje, tako pri absorpciji sevanja kot pri emisiji, določene karakteristične resonance, Sl.13, nekatere so bolj ozke (kadar gre za sevanje posameznih molekul je spekter diskreten), druge pa bolj široke, kjer pride do izraza povezava oziroma interakcija molekul s sosednimi molekulami. Zato je sevalni spekter zmnožek obeh zakonitosti.
Sl.13:
Razlika med neprekinenim (zveznim),
ter diskretnim sevalnim in absorpcijskim spektrom. V zveznem spektru
nastopajo vse frekvence, oziroma vse valovne dolžine. Sevalni spekter
je diskreten, zaradi kvantiziranih energij elektronskih orbital v
atomih in molekulah, čeprav se v molekulah pogosto zgodi da zaradi
medsebojnih vplivov različnih atomov v molekuli imajo nekatere
elektronske orbitale več energijsko blizkih stanj in se zato ustrezne
spektralne linije razširijo. Absorpcijski spekter (denimo plina,
skozi katerega gledamo vir bele svetlobe v ozadju) ima črne
spektralne linije, kjer se sevanje pretvori v notranjo energijo
molekul na istih frekvencah, oziroma valovnih dolžinah, na katerih
sicer te sevajo.
To pomeni da je za neidealna (ne črna) telesa mogoče Stefan-Boltzmannovo formulo zapisati v obliki približka: j = εσT4. Tukaj je z ε označena emisivnost, katere vrednost je med 0 in 1 in je za vsako snov ali mešanico snovi drugačna, kar lahko ocenimo z meritvami. Gledano s satelitskimi kamerami lahko sklepamo da za Zemljo kot celoto velja ε = 0,7 (za oceane 0,67, za oblake, zasnežene in ledene površine okoli 0,96—0,98, za ozemlje pa odvisno od pokritosti z rastlinami in barve tal, med 0,35 in 0,75).
Ta popravek ima za posledico nekaj zelo pomembnega. Računa se namreč da bi povprečna temperatura Zemlje brez ozračja namesto sedanjih +15°C bila za 33°C nižja, torej okoli −18°C. Toda upoštevajoč omenjeni popravek bi povprečna temperatura brez ozračja morala biti še nižja, okoli −28°C. To pomeni da bi toplogredni učinek ozračja moral biti še mnogo močnejši kot se ocenjuje sedaj. Ali to lahko preverimo? Na srečo obstaja za primerjavo ravno pravšnje telo: je brez ozračja, ima količnik reflektiranega sevanja (albedo) podoben Zemlji, pa še na enaki razdalji od Sonca se nahaja — seveda, to je Luna. Za Luno lahko izmerimo albedo a = 0,11 in emisivnost ε = 0,947, iz česar ob upoštevanju tako imenovanega „brez-dimenzijskega“ modela sevalnega ravnovesja, solarne konstante S = 1367 W/m2 in Stefanove konstante σ = 5,67×10–8 JK–4m–2s–1, lahko izračunamo povprečno temperaturo površja Lune po relaciji T = [(1 – a)S/4εσ]¼ = 274,5 K = +1,35°C! Torej je verjetnost, da bi toplogredni učinek ozračja lahko prispeval tistih 33°C, ali celo 43°C, res zelo majhna; sicer bi tudi klima bila precej bolj nestabilna. Razlika ~13,6°C zgleda mnogo bolj realna, toda tudi te ne moremo kar tako pripisati „topli gredi“, prej gre za učinek časovnega zamika zaradi termične kapacitete ozračja.
Očitno gre pri domnevi o toplogrednem učinku za resen spodrsljaj v modeliranju mehanizmov s katerimi izračunavamo učinke temperature ozračja na klimo.
Učinki vodne pare:
Pogosto v medijih slišimo da ima IPCC za glavnega „krivca“ CO2, vendar to ne drži povsem, tudi IPCC priznava da je poglavitni dejavnik voda, H2O (para, kapljice, kristalčki). Namreč, koncentracija CO2 je le 0,0380%, vode pa med 0,5% in 5% (torej 12× do 120× več!!!).
Vendar IPCC trdi da naj bi bil vpliv CO2 še mnogo večji zaradi domnevnega „pozitivnega povratnega učinka“ prek vode: več CO2 → višja temperatura → več vodne pare → višja temperatura → več CO2, in tako v krog. Pri tem procesu pa seveda ohlajevalnih učinkov vode ne upoštevajo!!!
Ravno tako IPCC priznava da v običajnih razmerah rast koncentracije CO2 zaostaja za dvigom temperature, a hkrati trdijo da je danes CO2 tisti, ki prehiteva dvig temperature, tako zaradi človeških izpustov, kot tudi zaradi človeških vplivov na naravno sproščanje (požari, razgozdovanje, sajenje monokultur, itd.).
Oba stališča porajata dvom, najprej ker je termodinamsko nemogoče, da hladnejše telo (ozračje) nazaj segreva toplejšega (zemlje, oceanov), pa naj bo pozitivni povratni učinek še tako velik (pa ni, močno prevladuje negativni povratni učinek vode, ki stabilizira spremembe in omejuje odklone od povprečja). Poleg tega vemo, da je v preteklosti koncentracija CO2 bila občasno celo 10× večja kot danes, pa Zemlja vseeno ni postala taka kot Venera (T ~ 462°C, sestava 96,5% CO2, 3,5% N2, gostota ozračja 93× večja kot na Zemlji).
Celotno zemeljsko ozračje vsebuje ~800 GT (ena gigatona je milijarda ton) ogljika (oziroma ~3000 GT CO2), od tega naravno letno kroži ~90 GT v in iz oceanov, ter ~123 GT prek rastlin in zemlje, skupno ~213 GT. Skupni človeški izpusti pa znašajo ~9 GT, od tega več kot polovica odpade na kmetijstvo in povzročanje požarov v naravi, preostalo prispeva energetika, industrija, kurjava in transport, Sl.14.
Sl.14:
Shematski prikaz naravnih in človeških prispevkov kroženju ogljika.
Številke so v GT/leto (v oklepajih so celotne vsebnosti v GT), bele
številke so naravni shranjeni deleži, rumene številke so posledica
naravnih ciklov, rdeče so človeški prispevki. Ravno letos pa je v
ugledni reviji Nature izšla študija, v kateri je pojasnjeno
kako oceani prispevajo k ponoru ogljika mnogo več kot tista 2%
označena na sliki.
Upštevajoč celoten naravni cikel ogljika (213 GT letno), ter tisto polovico izpustov, ki niso posledica človekove kmetijske dejavnosti (4.5 GT letno), znaša človekov prispevek (zaradi izgorevanja fosilnih goriv in industrijskih dejavnosti) kroženju ogljika okoli ~2%. Če pa ta delež prevedemo v CO2 (4.5 GT × (2×16+12)/12 = 16,5 GT) in ga primerjamo s celotno vsebino CO2 v ozračju (3000 GT) bi to znašalo ~0,55% letno. Ta dodatek pač ne more imeti tako dramatičnega učinka na klimo, kot se pogosto panično sporoča; tudi če upoštevamo da so človeški izpusti naraščali na današnjo raven 150 let.
Absorpcijski spektri atmosferskih plinov:
Najpomembnejši argument v prid nedolžnosti CO2 se nanaša na relativne absorpcijske spektre posameznih sestavin ozračja. Ni treba imeti doktorata iz fizike, da bi bilo že na prvi pogled jasno da CO2 sploh ne more vplivati na temperaturo ozračja, zadostuje le bežen pogled na Sl.15:
Sl.15:
Relativni (na maksimum normirani) sevalni in absorpcijski spektri pri
atmosferski izmenjavi energije
Sl.15 je mogoče najti na več različnih spletnih mestih, eno je tudi Wikipedija in sicer na strani o toplogrednih plinih: <http://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gasses>, oziroma kot samo sliko na <http://en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_Transmission.png>. Slika je bila narisana na osnovi podatkov NASA v okviru iniciative Global Warming Art <http://www.globalwarmingart.com>, in sicer na naslovu <http://www.globalwarmingart.com/wiki/File:Atmospheric_Absorption_Bands_png>. Pri Global Warming Art je mogoče dobiti tudi mnogo originalnih (neobdelanih, neprirejenih) podatkov.
Sliko bom na hitro opisal, da bo bolj razumljivo kam merim. Najprej, tako Sonce kot Zemlja sevata elektromagnetno valovanje (fotone) skladno s Planckovim zakonom sevanja, kot smo videli že na Sl.2 in Sl.7, oziroma po Stefan–Boltzmanovem zakonu, po katerem je integral Planckovega sevalnega spektra sorazmeren četrti potenci temperature sevajočega telesa. Opozoriti je še treba, da je tudi Sl.15 narisana v odvisnosti od naraščajoče valovne dolžine sevanja; valovna dolžina je enaka svetlobni hitrosti deljeno s frekvenco valovanja, λ = c/ν, energija pa je premo sorazmerna s frekvenco, W = hν, in zato obratno sorazmerna z valovno dolžino, W = hc/λ. Torej je energija fotonov večja na levi strani Sl.15 in manjša na desni (obratno kot bi nepoučeni naivno pričakovali!).
Na vrhu Sl.15 levo je sončni sevalni spekter s povprečno temperaturo 5525 K (kar je napačno, pravilno bi moralo biti 5777 K, glej Sl.2), ter vrhom sevanja pri ~550 nm (rumena barva vidnega spektra). Na vrhu desno pa je zemeljski toplotni spekter s temperaturami med 210–310 K (−63°C do +37°C) in povprečjem pri ~15°C (modra črta), z vrhom sevanja pri valovni dolžini ~10 µm, ter razponom med 3 µm in 70 µm, kar je vse v območju infra-rdečih žarkov, IR.
Treba je še poudariti, da ni le vrhnja valovna dolžina sevalnega spektra odvisna od temperature telesa ki seva, tudi velikost (višina krivulje) je odvisna od četrte potence temperature. Če bi sončno i zemeljsko speektralno porazdelitev sevalne moči narisali v merilu 1:1, potem bi zraven sončnega spektra, tudi če bi graf narisali čez celo stran A4, zemeljski spekter zgledal kot komaj opazna izboklina na spodnji črti grafa! Zato so na tej sliki vsi spektri normirani in prikazani v odstotkih.
Dejansko sevanje, ki prehaja skozi atmosfero, ima vrzeli, ki ustrezajo absorpciji molekul plinov v ozračju na določenih valovnih dolžinah, ki so karakteristične za vsak posamezni plin. Rdeča površina ustreza sončevemu sevanju kot ga vidimo in merimo na površju zemlje, modra pa zemeljskemu sevanju kot ga je mogoče meriti z IR satelitskimi kamerami iz vesolja.
Večji del sončevega UV sevanja pobereta ozon (O3) in Rayleighevo sipanje v vrhnjih plasteh atmosfere nad 15 km, zato ta del spektra ne prispeva veliko temperaturi površja Zemlje in spodnjih atmosferskih plasti. Sončni vidni del spektra in del IR spektra do 3 µm neposredno segreva ozračje v tistem delu kjer so absorpcije posameznih plinov izrazite, tisti del sevanja kjer je ozračje prozorno pa segreva zemljino površje, le to pa potem segreva ozračje ob tleh. Iz spektrov posameznih plinov je razvidno da levji delež IR spektra pobere voda, preostali plini imajo le nekaj razmeroma ozkih resonanc. Pojasnil bom na hitro zakaj je temu tako.
Voda molekula H2O je električno polarna, ker oba vodika nista razporejena simetrično glede na atom kisika, pač pa tvorita kot okoli 104°, Sl.16. To ima za posledico vrsto zanimivih lastnosti vode, med drugim tudi te, da obstaja za posamezno vodno molekulo 6 razmeroma širokih resonanc, karakterističnih nihanj medatomskih vezi, glej animacije na Sl.17.
Sl.16:
Vodna molekula izkazuje lokalno
nepravilno električno polarnost δ,
kar ji omogoča povezovanje.
|
|
|
|
|
|
|
|
Sl.17: Šest načinov nihanja vodikovih atomov glede na osrednji kisikov atom.
Vsaki izmed teh resonanc ustreza tudi absorpcija fotonov določenih frekvenc, ter prav tako tudi emisija teh fotonov. Ker pa je zaradi obeh lahkih vodikov na eni strani molekule določen presežek pozitivnega električnega naboja in na strani kisika presežek negativnega, se taka molekula rado lepi na podobne polarne molekule, ter tvori od 2 do 7 molekul velike aglomerate, ki pa se lahko povezujejo v kapljice in kristalčke različnih velikosti. Posledično se zaradi medsebojnih vplivov resonance medatomskih vezi razširijo in zaradi večje nihajoče mase tudi preselijo na nižje frekvence, torej daljše valovne dolžine, ter tako pokrijejo zelo velika območja absorpcijskega spektra. Poleg teh številnih vibracijskih stanj so možne tudi različne rotacije, njihovo število je različno za različne kombinacije med seboj povezanih molekul.
Na srečo, voda v obliki majhnih kapljic ali ledenih kristalčkov, ki tvorijo oblake, deluje tudi hladilno, ker reflektira velik del sončnega sevanja nazaj v vesolje. Oblaki so namreč beli, kar pomeni da reflektirajo v enaki meri zelo širok del vidnega spektra (in tudi bližnji IR). Daljno IR sevanje (toplota Zemlje) pa se delno absorbira v oblakih, kar preprečujejo prehitro ohlajanje spodnjih plasti ozračja.
Za razliko od vodne molekule ima CO2 oba težka kisikova atoma postavljena simetrično glede na središčni ogljikov atom, Sl.18, (za primerjavo, atomsko masno število kisika je 16, ogljika 12, vodika pa 1). Zato je ta molekula bolj revna v svojem karakterističnem spektru, izkazuje le tri razmeroma nizke nihalne frekvence (na valovnih dolžinah ~2 µm, ~2,7 µm, ter ~4,2 µm) in par rotacijskih resonanc (na valovnih dolžinah med 14 in16 µm), Sl.19. CO2 je kemično stabilna in nepolarna molekula, zato ne more tvoriti večjih aglomeratov, vse molekule so proste, posledično ni med-molekularnih interakcij v absorpcijskem spektru.
Sl.18: Model molekule CO2.
Sl.19: Nihanja in rotacije CO2.
Sedaj pa nazaj k primerjavi spektrov vode in CO2 na Sl.15. Zgornji dve resonanci CO2 (pri 2 in 2,7 µm) sta na spodnjem robu sončnega sevanja, poleg tega sta popolnoma prekriti z vodnim spektrom, vode pa je mnogo več kot CO2, zato tam CO2 nima praktično nobene vloge. Ostane le resonanca pri 4,2 µm, ki pa je na zgornjem robu zemeljskega sevalnega spektra, zato je tudi njen učinek razmeroma majhen. Zato pa so rotacije na območju 14-16 µm blizu zemeljskemu sevalnemu maksimumu, torej je pričakovati da je največji vpliv CO2 prav zaradi teh rotacij. Toda tudi te delno prekriva absorpcijski spekter vode, in tako tudi tam vpliv ni zelo velik.
Treba je torej upoštevati, da je učinek posameznega plina sorazmeren njegovi koncentraciji v primerjavi s vodo, sorazmeren z sevalnim oknom, ki je na voljo pri njegovih lastnih resonancah, energiji fotonov v tem območju (bolj desno, manj energije), in sami površini resonanc absorpcijskega spektra.
Ob vsem kar smo pravkar videli: ali je res možno CO2 okriviti za vse tiste grozne reči, ki se mu pripisujejo? Menim da nikakor ne.
Računalniško modeliranje klimatskih procesov:
Večina grozečih klimatskih napovedi, ki prihajajo iz tabora okrog IPCC sloni na vrsti različnih računalniških algoritmov s katerimi poskušajo klimatologi modelirati klimatske procese, ter na tej osnovi ekstrapolirati dolgoročne trende klimatskih sprememb. Ob tem si mnogi laiki zastavljajo vprašanje kako je sploh mogoče napovedovati klimo za naslednjih 10, 30, ali 100 let, če se nam temperatura in z njo vsi ostali meteorološki parametri dnevno spreminjajo v zelo širokem razponu, da vremena niti za en teden vnaprej pogosto ni mogoče zanesljivo napovedati. Če ostanemo le pri temperaturi, na osnovi različnih računalniških modelov imamo projekcije do konca tega stoletja (2100), ki napovedujejo dvig povprečne temperature zemeljskega ozračja za vsaj 1,5°C ob razmeroma ugodnem scenariju sklenitve omejevanja izpustov toplogrednih plinov na svetovni ravni, pa vse do 6°C v primeru da se sedanji porast izpustov nadaljuje tudi v prihodnje. Vendar mnoge rečunalniške simulacije dajejo tudi nasprotne napovedi o postopnem znižanju temperature – seveda se o teh ne govori veliko in klimatologi jih imajo za „nezanesljive“! Hkrati s temi razmeroma počasnimi trendi se temperatura ozračja lokalno v teku dneva in noči lahko spremeni večinoma za 15 do 35°C, občasno še več. Ponekod, denimo v puščavah, celo od ledenih −5°C v jasni noči do peklenskih 65°C po dnevi. In podobno, če primerjamo razpon temperatur med različnimi geografskimi širinami, imamo lahko −70°C v polarnih območjih in 50°C v ekvatorialnem pasu. Ali je sploh možno v tako močno „zašumljenemu“ okolju zanesljivo napovedati porast za povprečno 0,1—0,2°C na desetletje? In koliko so sploh zanesljive napovedi računalniških modelov?
Najprej je treba razumeti, da je za kakršne koli pogovore o klimi nujno opazovati obdobja daljša od tri cikla sončne aktivnosti, torej vasj 33 let, kot na Sl.20, za boljše povprečje pa 50—100 let.
Sl.20:
Spremembe v sončnem aktivnostnem ciklu v obdobju 30 let. Razpon
dnevnih sprememb (v rumeni barvi) je okoli 4 W/m2,
ali okoli 0,3%, oziroma v 11-letnem povprečju ~1 W/m2,
ali ~0,07%. S tem se dobro ujemajo vsi ostali parametri sončne
aktivnosti. V daljšem časovnem obdobju (naslednja slika) so
odstopanja lahko precej večja, do ~1%.
Sl.21:
Mesečno povprečje števila sončnih peg v zadnjih 255 letih. Opazna je
zmanjšana sončna aktivnost med letoma 1795—1825 (Daltonov
minimum), ter izrazito povečana aktivnost med letoma 1945—1965.
Pred nekaj leti je Nicola Scafetta (Duke University) predstavil svoj model vpliva gibanja planetov, zlasti Jupitra in Saturna, na plimovanje na Soncu in posledično njegovo aktivnost, Sl.22.
Sl.22:
Primerjava periodičnega modela Scafette in različnih napovedi študij
IPCC iz leta 2007.
Vzrok za spremembe v sončni aktivnosti naj bi bilo po Scafetti gibanje planetov, zlasti Jupitra in Saturna, ki s svojim gravitacijskim poljem vplivata na tirnice notranjih planetov, od katerih ima največji vpliv na plimovanje plazme na Soncu prav Venera (Merkur je sicer bližje, a ima majhno maso), in sicer dominantno prek gravitacijskega kvadrupola, ki deformira Sonce v obliki jajca (gravitacijski monopol ne povzroča deformacij, med tem ko gravitacijski dipol povzroči simetrične elipsoidne deformacije). Zaradi tega naj bi Sonce izkazovalo periodične spremembe aktivnosti sorazmerno vsoti dveh periodičnih funkcij (z dobo ~20 in ~60 let), kot posledici interference kotnih funkcij obhodnih časov Jupitra (11,86 let) in Saturna (29,46 let) z Venero (224,7 dni). Njegov model se razmeroma dobro ujema z zgodovinskimi podatki, ali se bo tudi njegova napoved ujemala bo jasno že v naslednjem desetletju.
Da gravitacija planetov lahko vpliva na aktivnost Sonca, vidimo že na prvi pogled če pogledamo gibanje položaja težišča sončnega sistema glede na samo Sonce, Sl.23. Težišče se pogosto nahaja zunaj Sonca, več kot znaša sončev radij.
Sl.23:
Gibanje položaja težišča sončnega sistema glede na Sonce
med leti 1945 in 1995. Težišče se pogosto nahaja izven Sonca, kar
pomeni velikanske plimne sile na sončevi plazmi. Razlike v pritiskih
gotovo igrajo pomembno vlogo pri pretoku energije v notranjosti Sonca
in posledično na njegovo površinsko aktivnost (število magnetnih
vrtincev, oziroma „sončnih peg“, ter koronarnih
izbruhov).
Sama povprečna temperatura zemeljskega ozračja je le eden od parametrov v zelo zapletenem sistemu z mnogimi med seboj soodvisnimi procesi, od katerih nekateri gredo v isto smer, nekateri pa v nasprotno, nekateri se med seboj kompenzirajo in izničijo, drugi pa spodbujajo in povečujejo. Denimo, več vodne pare v zraku pomeni večje segrevanje ozračja, toda tudi izdatnejšo tvorbo oblakov, ki preprečijo insolacijo in znižujejo lokalno temperaturo. Podobno je s porastom koncentracije CO2, kar ugodno vpliva na razvoj rastlinskega pokrova planeta in fito-planktona v oceanih, kar pomeni večjo absorpcijo svetlobne energije za procese fotosinteze (ocenjuje se da fotosinteza sladkorja iz vode in CO2 pomeni zajetnih 130TW na zemeljskem površju, kar je 6× več kot celotna poraba moči s strani človeštva!), ter več izparevanja vode iz listov, in s tem občutno znižanje temperature ozračja in tal pod rastlinami.
Dodaten zaplet predstavlja analiza zbranih podatkov, kjer je posamezne vplive med seboj težko razločiti in razbrati vpliv posamičnega dejavnika v skupini več dejavnikov s podobnim učinkom, oziroma celo z medsebojnimi učinki. In končno, noben računalniški algoritem, naj bo še tako izpopolnjen in sam računalnik še tako zmogljiv, ne more obravnavati vseh vplivov do potankosti, vedno smo prisiljeni zateči se k določenim poenostavitvam modela, in pogosto se zgodi da v teh poenostavitvah spregledamo kako podrobnost, zaradi katere po dolgem simulacijskem času model začne opazno odstopati od zgodovinskih opazovanj.
Vendar ne smemo nikoli pozabiti, da računalniške simulacije niti niso namenjene napovedi prihodnjih dogodkov, četudi bi si kaj takega želeli. Računalniške simulacije so v prvi vrsti orodja s pomočjo katerih preskušamo pravilnost teoretičnih modelov. Ker klime ne moremo preskušati v naravi, je edini način da ocenimo vplive posameznih dejavnikov ta, da spreminjamo klimatske parametre v računalniškem modelu in primerjamo dobljene rezultate z zgodovinskimi podatki za podobne pogoje.
Računalniške simulacije nam torej pomagajo do pravilnejšega vpogled v zapletene klimatske procese. Seveda je potem na osnovi rezultatov možno določiti prihodnje trende in postaviti bolj ali manj zanesljive zgornje in spodnje meje sprememb. Vendar tu ne more biti govora o napovedih, predvsem zato ker nekatere pomembne procese, ki vplivajo na klimo ne poznamo dovolj, oziroma so naključni in jih ni mogoče predvideti.
En tak proces je zagotovo aktivnost Sonca, vemo da pogostost sončnih peg sledi približno 11 letnemu ciklu, a ta je vse prej kot pravilen, zabeležili smo precejšne variacije v izrazitosti teh ciklov, Sl.21. Drug tak učinek so kozmični žarki, za katere se domneva da pomembno vplivajo na ionizacijo višjih plasti atmosfere, ter s tem ustvarjanje kondenzacijskih jeder za hitrejši razvoj oblakov (glej eksperiment CLOUD v CERNu, spletni naslov je v seznamu literature). Vemo tudi da obstajajo določene korelacije med sončno aktivnostjo, njegovim magnetnim poljem in odklanjanjem kozmičnih žarkov.
Tudi rastlinski pokrov ima velik učinek na klimo, tako lokalno kot v globalnem merilu, in na rast rastlin vpliva veliko dejavnikov, ne le temperatura, vlaga in sončno sevanje, pač pa tudi lokalna vsebnost hranljivih snovi, pa tudi številnost živalskih vrst in mikroorganizmov, ki se z rastlinami hranijo, oziroma je njihov življenjski ciklus kako drugače povezan z razvojem rastlin.
Potem so tu še vulkanski izbruhi in njihova siceršnja aktivnost. Smer in temperatura morskih tokov je še eden zelo pomemben dejavnik, zlasti ker oceani predstavljajo poglavitni toplotni rezervoar, ki močno zgladi sunkovite spremembe temperature. Znano je da oceanski termohalinski tokovi imajo dolge periode, celo do 800 let, kar pomeni da so današnji klimatski pogoji delno posledica davno minulih razmer.
Glede človekovega vpliva je zagotovo najbolj škodljivo sekanje gozdov, mnogo bolj kot izpusti CO2. Ta vidik mnogi algoritmi za klimatsko modeliranje sploh ne upoštevajo, če pa že, pa le kot od oka ocenjen faktor s prav tako od oka določenim trendom.
Končno, obstaja tudi vrsta praktičnih omejitev zakaj računalniški algoritmi ne morejo biti po volji kompleksni: financiranje tovrstnih raziskav je omejeno, računalniški čas, ki je na voljo za posamezno nalogo je omejen, računalniški spomin ni neskončno velik, procesiranje podatkov ima končno visoko hitrost, pa tudi število bitov s katerimi lahko procesorji izvršujejo matematične operacije je omejeno, torej je preciznost omejena, in napaka ki je posledica zaokroževanja na zadnjem decimalnem mestu v dolgih ponavljanjih istih operacij lahko narašča in opazno vpliva na rezultat. Vprašljivosti računalniških napovedi pogosto botruje tudi neučakanost raziskovalcev, ki že po nekaj ujemajočih se simulacijah pohitijo z objavo in jo razglasijo kot pomembno odkritje!
Vse to močno omejuje uporabnost in zanesljivost računalniških napovedi. A kot rečeno, navkljub množičnemu prepričanju v nasprotno, napovedovanje klime ni osnovni cilj računalniškega modeliranja, bolj pomemben je vpogled v zakonitosti klimatskih procesov in razumevanje in izboljšanje teoretičnih modelov.
Povezava CO2 s drugimi vrstami onesnaževanja:
Na koncu je treba poudariti da je CO2 le posredno povezan z našimi okoljskimi težavami, ker pač nastaja ob izgorevanju, kjer hkrati nastajajo drugi polutanti, aerosoli in saje, odvisno od vrste goriva in temperature izgorevanja. Nižja ko je temperatura izgorevanja, več teh polutantov nastaja. Ta povezava je tudi edini razlog zakaj je bila uvedba davka na CO2 na nek smešni način smiselna, čeprav je nesmiselno pričakovati kakšne pozitivne učinke, če sami vzroki za te ukrepe slonijo na zgrešenih temeljinh domnevah. Mnogo bolje bi bilo predpisati ustrezne filtre in čistilne naprave za prestrezanje škodljivih izpustov (zlasti saje, žveplov dioksid SO2, in druge), kot pa kar počez odrezati davek (na povsem neškodljiv plin, ki je celo nujen za življenje rastlin in katerega rahlo povečana koncentracija ugodno vpliva na njihov rast), ne glede na dejansko količino škodljivih izpustov in stopnje njihove škodljivosti.
Za škodljivost nizko-temperaturnega izgorevanja si preberite tole: <http://en.wikipedia.org/wiki/Asian_brown_cloud>
Neustrezne rešitve na osnovi neustreznega modela:
Kam nas lahko pripeljejo politični pritiski za rešitev nepravilno opredeljenega problema vidimo že na nekaterih primerih, ki se nekritično ponujajo kot univerzalno „zdravilo“.
En tak primer je zajem ogljikovega dioksida iz ozračja in njegovo skladiščenje v obliki različnih bolj ali manj stabilnih kemičnih spojin globoko pod zemeljskim površjem. Energija potrebna za zajem, kemično pretvorbo, transport, izgradnjo skladišč in njihovo vzdrževanje presega energijski ekvivalent izpustov za velik faktor, grobo ocenjeno med 5× in 8×. Ker je to energijo težko zagotoviti iz alternativnih „neogljičnih“ virov, bi to pomenilo preprosto dodatne izpuste CO2!
Drug primer so foto-voltaični paneli („sončne celice“). Ker od Sonca v optimalnih razmerah v ekvatorialnem pasu dobimo le 1000 W/m2, in ker imajo foto-voltaični paneli izkoristek ~12%, pomeni to 120 W/m2, oziroma bi za pogon enega likalnika potrebovali vsaj 12 m2, ali pa 4 ure sonca na 6 m2, uskladiščeno v akumulatorjih z izkoristkom 65% za okoli pol ure likanja. Do tu sicer ni nič narobe, če smo skromni v energijskih zahtevah. Kar je narobe je dejstvo, da foto-voltaični paneli absorbirajo vso sevalno energijo sonca za proizvodnjo električne energije, toda kam gre preostalih 880 W/m2? Uganili ste: v toploto. Zaradi te toplote je sicer izkoristek foto-voltaičnih panelov malenkost večji, ~1%, ker se mobilnost elektronov poveča, vendar temperatura tistih panelov pogosto preseže 70°C. To pa neposredno segreva ozračje. Sicer ozračje segreva tudi streha, ki ni pokrita s foto-voltaičnimi paneli, vendar vsaj pol manj, ker je albedo strehe večji. V tem oziru je namesto foto-voltaičnih panelov mnogo bolje namestiti grelnike vode, ki jo lahko shranimo v ustrezno temperaturno izolirano posodo. Seveda, najboljša rešitev bi bila kombinacija vodno hlajenih foto-voltaičnih panelov s shranjevanjem segrete vode. Takih rešitev žal na trgu še ni, in jih verjetno še dolgo ne bo, ker obstaja problem dobrega termičnega stika med foto-voltaičnimi elementi in vodnim sistemom, hkrati pa termični raztezki morajo biti enaki, sicer bi silicijevi foto-voltaični elementi popokali.
In še tretji primer: bio-gorivo (etanol iz rastlinske mase). Dokler gre za rastlinske odpadke, ni težav, čeprav je tako pridobljenega goriva razmeroma malo. Toda sajenje žitaric izključno z namenom pridobivanja bio-goriva je zelo vprašljivo. Odkar so v ZDA leta 2005 začeli s to prakso, se je cena žitaric na svetovnem trgu skoraj podvojila, in kot posledica je v revnih in nerazvitih državah prišlo do hudega pomanjkanja hrane, višje cene žitaric so se delno odrazile tudi v drugih prehrambenih izdelkih. Obenem količina zrnja za bio-gorivo dodano fosilnemu gorivu za poln tank povprečnega družinskega avtomobila (~50 litrov) lahko prehrani štiričlansko družino za en teden! Hkrati pa dodajanje bio-goriva zmanjša energijsko vrednost gorivu za 10-20%, kar potem pomeni slabše izgorevanje, več škodljivh snovi v izpustu in večjo porabo goriva na isto prevoženo razdaljo. Zeleno torej ni vedno tako zeleno, kot bi nekateri to radi prikazali!
Sklep:
Kaj je dejanski vzrok za današnje klimatske razmere, oziroma ali sploh gre za nepovratne spremembe, ali le za kratkotrajne odmike od povprečja, in ali za to obstaja kak naravni vzrok, ter v kolikšni meri tudi ljudje temu prispevamo, je zaenkrat težko zanesljivo ugotoviti.
Zanesljivo pa lahko rečemo da CO2 nikakor ne more biti vzrok za pripisane mu učinke.
Ali bo to spoznanje sčasoma pripeljalo do kakšne konkretne akcije s strani zakonodajne in izvršne oblasti, ne le v Sloveniji, je težko reči. Vlade polnijo državni proračun prek davkov in davku na izpuste CO2, oziroma davku na goriva nasploh, se najbrž ne bodo odpovedale, bolj verjetno je da bodo temu dodale še davke na vse ostale snovi v izpustih. Ali bodo višji davki potem pripeljali do našega drugačnega ravnanja z odpadki nasploh, je še težje napovedati.
Tisto česar se najbolj bojim je, da bodo nekoč priznali, da je gonja proti CO2 neutemeljena, ter začeli kazati na kakšno drugo anomalijo v človeškem vplivu na okolje, vendar ljudje ne bodo več zaupali niti stroki, kaj šele vladam, in se na pozive za zmanjšanje resnično škodljivega onesnaževanja ne bodo več odzivali. Politiki, ki v prihodnost vidijo le do naslednjih volitev, bodo nepopularno temo raje črtali z dnevnega reda. Zato pa mora v prvi vrsti stroka svoja stališča čim prej očistiti demagoške navlake, povedati vse kar ve, ter odkrito priznati da nekaterih reči še ne ve, oziroma o njih zaenkrat le učeno ugiba. Rešitve, ki jih bo ponudila, pa ne smejo temeljiti na ad hoc sklepanju, temveč na trdnih in preverjenih dejstvih.
Dodatne informacije, literatura, spletni naslovi:
Kritika Bojana Dolinarja, objavljena aprila 2013 na straneh spletnega portala skeptik.si: http://skeptik.si/2013/04/24/klimatologija-pac-ni-za-klimatologe/
Odgovor B. Dolinarju: http://www-f9.ijs.si/~margan/CO2/Odgovor_BD.html
Verjetno si boste želeli ogledati tudi nekatere druge objave in spletne strani povezane s klimatsko problematiko. Spodaj podajam nekatere pomembnejše članke in strani Wikipedije, ki tudi slovi kot „pravoverna“ in privržena idejam, ki jih zagovarja IPCC, vendar se vsaj ne boji priti na dan tudi s globljim znanstvenim ozadjem. Je pa res, da nekaterih argumentov, ki sem jih navedel zgoraj niti v Wikipediji ne boste našli. Mar gre za tako hudo skrivnost? Človek se včasih vpraša...
Knjiga (obravnava problematiko bolj kompleksno in v širšem družbenem kontekstu):
Alkalaj, V.M.: Podnebna prevara, Založba Orbis, 2010.
<http://www.orbis.si/index.php?3091&backPID=3091&tt_products=9056>
<http://www.podnebna-prevara.si/ppwwww/Podnebna_prevara_WWW.html>
Nekaj pomembnih strokovnih člankov:
Allen, R.J., Sherwood, S.C., Norris, J.R., Zender, C.S.:
Recent Northern Hemisphere tropical expansion primarily driven by black carbon and tropospheric ozone
Nature Vol.485, 17 May 2012, doi:10.1038/nature11097
Gerlich G., Tscheuschner, R.D.:
Falsification of the Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics
arXiv abstract <http://lanl.arxiv.org/abs/0707.1161v3> [physics.ao-ph] 11 Sep 2007
arXiv PDF <http://lanl.arxiv.org/pdf/0707.1161v3>
arXiv abstract <http://lanl.arxiv.org/abs/0802.4324v1> [physics.ao-ph] 29 Feb 2008
arXiv PDF <http://lanl.arxiv.org/pdf/0802.4324v1>
Kramm G, Dlugi R, Zelger M,:
Comments on the “Proof of the atmospheric greenhouse effect” by Arthur P. Smith,
arXiv abstract <http://arxiv.org/abs/0904.2767v3>, 2009.
arXiv PDF <http://arxiv.org/pdf/0904.2767v3>
Gerlich G., Tscheuschner, R.D.:
Reply to „Comment on `Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse E ects Within The Frame Of Physics' by Joshua B. Halpern, Christopher M. Colose, Chris Ho-Stuart, Joel D. Shore, Arthur P. Smith, Jörg Zimmermann“
arXiv abstract <http://lanl.arxiv.org/abs/1012.0421v1>, Dec., 2010
arXiv PDF <http://lanl.arxiv.org/pdf/1012.0421v1>
Scafetta, N.:
Empirical analysis of the solar contribution to global mean air surface temperature change
arXiv abstract <http://lanl.arxiv.org/abs/0912.4319>, Dec., 2009
arXiv PDF <http://lanl.arxiv.org/pdf/0912.4319>
Scafetta, N.:
Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations and its implications
arXiv abstract <http://lanl.arxiv.org/abs/1005.4639>, May, 2010
arXiv PDF <http://lanl.arxiv.org/pdf/1005.4639>
Svensmark, H., Enghoff , M.B., Pedersen, J.O.P.:
Response of Cloud Condensation Nuclei (> 50 nm) to changes in ion-nucleation
arXiv abstract <http://lanl.arxiv.org/abs/1202.5156v1> [physics.atm-clus] 23 Feb 2012
arXiv PDF <http://lanl.arxiv.org/pdf/1202.5156v1>
CERN Press Office: CERN's CLOUD experiment provides unprecedent insight into cloud formation
Soona, W., Legatesb, D.R.:
Solar irradiance modulation of Equator-to-Pole (Arctic) temperature gradients:
Empirical evidence for climate variation on multi-decadal timescales
Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Volume 93, February 2013, Pages 45–56
<http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136468261200288X>
Tretyakov, M.Yu., Serov, E.A., Koshelev, M.A., Parshin, V.V., Krupnov, A.F.:
Water Dimer Rotationally Resolved Millimeter-Wave Spectrum Observation at Room Temperature
Phys. Rev. Lett. 110, 093001 (2013) [4 pages]
<http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i9/e093001>
<http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/mar/04/water-dimers-detected-in-atmospheric-conditions>
Pennicott, K.:
Water vapour supplies new climate clues
Physics World, Aug 8, 2002
<http://physicsworld.com/cws/article/news/2002/aug/08/water-vapour-supplies-new-climate-clues>
Solomon, S., Rosenlof, K.H., Portmann, R.W., Daniel, J.S., Davis, S.M., Sanford, T.J., Plattner, G.K.:
Contributions of Stratospheric Water Vapor to Decadal Changes in the Rate of Global Warming
(Published Online January 28 2010)
Science 5 March 2010, Vol. 327 no. 5970 pp. 1219-1223
DOI: 10.1126/science.1182488
<http://www.sciencemag.org/content/327/5970/1219.abstract>
<http://physicsworld.com/cws/article/news/2010/jan/29/drop-in-warming-linked-to-water-vapour-decrease>
<http://physicsworld.com/cws/article/indepth/2003/may/01/the-climatic-effects-of-water-vapour>
Nekatere pomembnejše strani Wikipedije:
<http://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_atmosphere>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Absorption_spectra>
<http://en.wikipedia.org/wiki/File:Atmospheric_electromagnetic_opacity.svg>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Albedo>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Emissivity>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_radiation>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Black_body_radiation>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Planck%27s_law>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Climate_change>
<http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Greenhouse_Effect.png>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Thermohaline_circulation>
<http://en.wikipedia.org/wiki/Global_climate_model>
