Einstein och koldioxid

Postad 25/3 23

Ett återkommande påstående bland ”Klimatvetenskapskritiker” är att Albert Einstein skulle ha visat att koldioxid inte är en ‘växthusgas’ alltså inte IR-aktiv.

https://eu.usatoday.com/story/news/factcheck/2021/12/03/fact-check-laws-thermodynamics-support-climate-change-theory/8796217002/

Den seriöst intresserade läser hela artikeln ovan, den innehåller många relevanta kommentarer och referenser. Jag har bara saxat och kommenterat några få.

”However, a claim has been circulating online that CO₂ can’t contribute to climate change because of the laws of thermodynamics.”

https://eu.usatoday.com/story/news/factcheck/2021/12/03/fact-check-laws-thermodynamics-support-climate-change-theory/8796217002/

Jag känner inte ursprunget men electroverse är en superspridare, se bilden nedan. Där finns slutet av en mening + två till att kommentera.

#1) ”- it won’t store the energy.” Så sant, koldioxiden lagrar inte energi, den förmedlar värme i IR-frekvensintervallet mellan 14 och 16 mikrometer.

#2) ”The air is in thermodynamic equilibrium.” Det är så felaktigt det kan bli. Temperaturen ändras ständigt, det blåser, avdunstar, regnar/snöar. Varm luft nära marken stiger och tar värme med sig upp genom troposfären till dess ‘drivet’ tar slut, senast när den når tropopausen. Atmosfären är verkligen inte i termodynamisk jämnvikt. Allt väder vi upplever beror på omfördelningar av termisk energi dels beroende på skiftande balanser mellan in- och utstrålning, dels med ursprung i havens ‘energisaldo’.

#3) Dagens klimatmodeller ignorerar med all rätt den galna tolkning som electroverse och efterkommande papegojor gör.

Om du känner för att läsa och analysera Einsteins originaltext finns den här, backa till sidan -47-: https://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol6-doc/425

Hur samverkar växthusgaser med Jordens gravitation?

Grafer som visar absorption och transmission (genomsläpplighet) av infraröd elektromagnetisk strålning (utgående värme från Jorden) ser ofta ut som högra halvan av bilden härunder:

Källa: https://en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas

Man ser ett stort antal toppar och dalar åtskilda av enfärgade ytor, tydligast i andra raden som visar atmosfärens absorption vid olika våglängder av inkommande (till vänster om den mittre vågdalen i raden Energy intensity) och utgående strålning.

Dessa ytor är inte helt representativa för hur absorptionen ser ut i detalj. Ytan är, sedd i extrem närbild, uppbyggd av näraliggande toppar och dalar. HITRAN (https://hitran.org) har en omfattande databas för att simulera dessa kurvor. Grafen nedan visar överensstämmelsen mellan simulering av resonanser och faktiska mätningar av en gas.

Här kommer ytterligare en faktor in, gasens densitet (täthet som beror av trycket). Vid ökat tryck sker långt fler interaktioner mellan molekyler vilket stör de enskilda resonanslinjerna så att de breddas, ytan blir mer täckt och påminner om de i översta bilden.

Vad förorsakar då ökad densitet i atmosfären? Här kommer gravitationen in! I den nedre av graferna motsvarar gastrycket 100 millibar, 1/10 av atmosfärstrycket vid havsytan och där framträder de enskilda resonanserna tydligt. Där finns många genomsläpp för motsvarande våglängder/vågtal, de uppåtgående bågarna.

I den övre är gastrycket 1000 millibar, nära atmosfärstrycket vid havsytans nivå. Här finns bara antydningar till uppåtbågarna där genomsläppligheten borde finnas.

Detta kan vara en delförklaring till varför det är varmare på låg höjd än högre upp, allt annat lika.

http://irina.eas.gatech.edu/EAS8803_Fall2009/Lec6.pdf

Hur det går till? Se videon! Den är uthärdligt kort (6:24) men faktaspäckad och kan behöva mer än en flyktig titt.

Spectrum broadening ilectureonline / Michel van Biezen

Endast för nördar: Vill du räkna om vågtal per centimeter till våglängd? Dela 10000 med vågtalet så får du våglängden i mikrometer. Det motsatta fungerar också: Dela 10000 med våglängden så får du vågtalet.

Syre, kväve, koldioxid och metan

Syre och kväve utgör nästan 99% av atmosfärens gaser, koldioxid nära 420 ppm och metan över 1800 ppb. Trots att de två växthusgaserna är en ringa del av atmosfären så utgör de avsevärda hinder för infraröd strålning, värme.

Experimentet i den länkade videon visar hur växthusgaserna hindrar värmestrålningen, i fallet metan är det närmast en total blockering.

Mätning från satelliter av den lägre atmosfärens temperatur

Satellitbaserade mätningar bygger på avancerade datamodeller som väger samman olika pseudomått till redovisade temperaturer.

Weather satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands. Since 1978 microwave sounding units (MSUs) on National Oceanic and Atmospheric Administration polar orbiting satellites have measured the intensity of upwelling microwave radiation from atmospheric oxygen, which is related to the temperature of broad vertical layers of the atmosphere. Measurements of infrared radiation pertaining to sea surface temperature have been collected since 1967
https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_temperature_measurements

Comparison of ground-based measurements of near-surface temperature (blue) and satellite based records of mid-tropospheric temperature (red: UAH; green: RSS) from 1979 to 2010. Trends plotted 1982-2010.

Atmosfären närmast jordytan kallas troposfären och sträcker sig i medeltal cirka 11 kilometer upp, hälften av dess massa finns under 5.5 kilometers höjd, sammanlagt 80% finns i troposfären. Värmeenergin [1] i atmosfären beror på att växthusgaser fungerar som en isolerande filt över jordytan, men även på konvektion (varm luft stiger).

Satellite datasets show that over the past four decades the troposphere has warmed and the stratosphere has cooled. Both of these trends are consistent with the influence of increasing atmospheric concentrations of greenhouse gases.

Växthusgaser i troposfären isolerar och minskar den värmeenergi som sprids vidare till stratosfären ovanför som då svalnar. Detta är ett av många skäl att växthusgaser är avgörande för stigande global temperatur.

Satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands, which must then be mathematically inverted to obtain indirect inferences of temperature.^[1][2] The resulting temperature profiles depend on details of the methods that are used to obtain temperatures from radiances. As a result, different groups that have analyzed the satellite data have produced differing temperature datasets

Atmospheric temperature trends from 1979-2016 based on satellite measurements; troposphere above, stratosphere below. Notera att temperaturen nära jordytan stiger medan den högre upp sjunker.

[1] Märk väl att jag avsiktligt skriver värmeenergi istället för temperatur! Temperatur är ett mått på medelrörelseenergin hos molekyler i det du mäter. Värmeenergin beror både av temperaturen och antalet molekyler i det du mäter.

https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_temperature_measurements

Torka på Iberiska halvön

Vintertid brukar vädret i Portugal och Spanien vara regnigt men nu råder torka. Under januari har det regnat en fjärdedel mot normalt vilket gör att Spaniens vattendammar ligger på hälften av normal vattenkapacitet.

Den näst torrast januarimånaden sedan 2000 har registrerats i Spanien och Portugal i år, rapporterar TT. Nu kämpar bönder för att kunna mata sina djur – och vattenkraften hotas. Forskare befarar att naturkatastrofer och skogsbränder kommer bli allt vanligare i takt med klimatförändringarna som ger stigande temperaturer
Expressen Klimat 20220212: https://www.expressen.se/nyheter/klimat/varsta-torkan-pa-20-ar-i-spanien-och-portugal/

En spricka i Arktis ispansar

Under andra halvan av Maj 2020 bör istjockleken vara nära sitt maximum, ändå skedde detta.

A new study documents the formation of a 3,000-square-kilometer rift in the oldest and thickest Arctic ice. The area of open water, called a polynya, is the first to be identified in an area north of Ellesmere Island, Canada’s northernmost island, and is another sign of the rapid changes taking place in the Arctic, according to researchers.
Källa Phys.org – 14/10 -21

Enligt studien var istjockleken i området 3,5 meter eller mer.

Händelsen berodde på kraftiga vindar runt ett intensivt högtryck (1). De lyckades driva isär den tjocka isen under ett par veckor.

Mer information: G. W. K. Moore et al, First Observations of a Transient Polynya in the Last Ice Area North of Ellesmere Island, Geophysical Research Letters (2021). DOI: 10.1029/2021GL095099

[1] En orkan är när atmosfären rör sig moturs (norra halvklotet!) runt ett intensivt lågtryck. Vid ett högtryck (anti-cyclone) går vindarna medurs. https://en.wikipedia.org/wiki/Anticyclone

Förskjutningar i Jordens energiförråd

Jordens kortsiktiga väder och långsiktiga klimat beror av in- och utgående energiflöden, omfördelning mellan kortsiktiga energilager samt långsiktiga förråd.

Solen står för inkommande energi. Den domineras av UV och synligt ljus. När det synliga ljuset når mark och vatten (flytande men även vattengas, moln samt snö och is) kommer delar att reflekteras ganska opåverkat (därför kan vi se fotografier av Jorden tagna från rymden).

Resten absorberas varvid strålningens frekvens sjunker avsevärt till IR-området (värme). Denna kan användas, lagras eller stråla vidare ut via atmosfären till rymden.

Värmeenergi kan omfördelas via strålning, ledning och konvektion. I praktiken sker det bland annat via vattenströmmar i hav, avdunstning av vatten till atmosfär och moln som med vindar kan färdas avsevärda sträckor och bilda nederbörd, ibland på betydligt högre belägna platser.

Snö och is representerar värme med låg temperatur. När vatten kristalliserar (fryser) kommer avsevärda mängder värmeenergi att avlägsnas. När nollgradig is smälter åtgår lika mycket energi som för att värma samma massa (‘vikt’) nollgradiga vatten till +80°! Snö och is utgör därför stora förråd av koncentrerad ‘lågtemperaturenergi’ som aktivt påverkar både väder och klimatet.

Review article: Earth’s ice imbalance – Thomas Slater et al.
Abstract
We combine satellite observations and numerical models to show that Earth lost 28 trillion tonnes of ice between 1994 and 2017.
Arctic sea ice (7.6 trillion tonnes), Antarctic ice shelves (6.5 trillion tonnes), mountain glaciers (6.1 trillion tonnes), the Greenland ice sheet (3.8 trillion tonnes), the Antarctic ice sheet (2.5 trillion tonnes), and Southern Ocean sea ice (0.9 trillion tonnes) have all decreased in mass.
Just over half (58 %) of the ice loss was from the Northern Hemisphere, and the remainder (42 %) was from the Southern Hemisphere. The rate of ice loss has risen by 57 % since the 1990s – from 0.8 to 1.2 trillion tonnes per year – owing to increased losses from mountain glaciers, Antarctica, Greenland and from Antarctic ice shelves.
During the same period, the loss of grounded ice from the Antarctic and Greenland ice sheets and mountain glaciers raised the global sea level by 34.6 ± 3.1 mm. The majority of all ice losses were driven by atmospheric melting (68 % from Arctic sea ice, mountain glaciers ice shelf calving and ice sheet surface mass balance), with the remaining losses (32 % from ice sheet discharge and ice shelf thinning) being driven by oceanic melting.
Altogether, these elements of the cryosphere have taken up 3.2 % of the global energy imbalance.
Citat ur fulltexten som finns här: https://tc.copernicus.org/articles/15/233/2021/

För att underlätta läsning av det faktaspäckade citatet har jag glesat ut den till kortare stycken. Tonnes är samma som 1000 kg.

Metan, en riktigt potent växthusgas

Metanmolekylen byggs av 4 väteatomer bundna till en central kolatom. Varje enskild molekyl kan därför ta upp värmeenergi i form av komplicerade vibrationer [1], rörelseenergi som den omgående pytsar ut i alla riktningar till omgivningen. Detta ger upphov till växthuseffekten.

**Metanmolekyl** med en central kolatom och fyra väteatomer. Bindningarna är flexibla och molekylen kan därför vibrera i komplicerade mönster.

Methane in the Earth’s atmosphere is a strong greenhouse gas with a global warming potential (GWP) 84 times greater than CO₂ in a 20-year time frame; methane is not as persistent a gas as CO₂ (assuming no change in carbon sequestration rates) and tails off to about GWP of 28 for a 100-year time frame.^[18][19]^{[page needed]}^[20] This means that a methane emission is projected to have 28 times the impact on temperature of a carbon dioxide emission of the same mass over the following 100 years assuming no change in the rates of carbon sequestration. Methane has a large effect but for a relatively brief period, having an estimated mean half-life of 9.1 years in the atmosphere,^[19] whereas carbon dioxide is currently given an estimated mean lifetime of over 100 years.
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_methane – Methane as a greenhouse gas

När metan oxideras [1] bildas vatten och koldioxid vilket sker spontant i atmosfären. Metanet har en halveringstid [2] om 9.1 år i atmosfären. Under första 20-årsperioden har ett metanutsläpp 84 gånger större klimatpåverkan (GWP [3]) och för 100 år är den 28 gånger större än motsvarande mängd koldioxid.

Det innebär att ‘färskutsläppt’ metan är långt potentare än koldioxid. Jag har inga siffror för första året eller liknande, men med tanke på halveringstiden så måste den vara oerhört hög.

[1] Enkelt uttryckt: När molekylen nås av värme börjar den knuffas runt samt vibrera.

[2] Detta sker omedelbart när naturgas bränns.

[3] Vi hör oftast om halveringstid för radioaktiva ämnen, den tid det tar för att hälften av en viss spontan fission skall klinga av.

[4] GWP, Global Warming Potential: https://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming_potential

Lättläst om polarjetströmmar

Polarjetströmmar på både norra och södra halvklotet bildar en slags ‘gardin’ som skiljer polaratmosfärers kyla från högre temperaturer närmare ekvatorn.

Jetströmmarna drivs av temperaturskillnader mellan in- och utsidan av ‘gardinen’ och riktningen bestäms i samverkan med corioliseffekten [1] från Jordens rotation. När skillnaden minskar går jetströmmarna långsammare och börjar meandra, ungefär som när man cyklar riktigt långsamt och vinglar.

Kyla från polartrakterna kan då tränga långt utanför ‘sitt’ område medan värme tränger fram mot isen och påskyndar smältningen. Det i sin tur minskar temperaturskillnaderna, ‘jetdrivet’, och förstärker ett udda vädermönster.

Polarjetströmmarna beter sig olika på norra och södra halvklotet. Antarktis (södra halvklotet) täcks av mycket kall is och omges av hav med få störande landmassor i närheten. Där är ‘drivet’ (fortfarande) rätt stabilt vilket minskar meandrande.

Arktis ismassa (köldcentrum) ligger inte längre väl centrerat runt Nordpolen (Jordens rotationsaxel). Dessutom löper polarjetströmmen till stora delar över land där temperaturerna stiger mycket snabbare än över is och hav. Detta tillsammans bildar en jetström som ormar / meandrar mera. Ibland blir antalet vågbildningar runt Jorden precis lagom för att komma i resonans. Då ‘fastnar’ och förstärks vädret betydligt längre.

Jag är nöjd om du läst såhär långt, men är du en nörd finns ytterligare tre länkar: https://urminsynvinkel.com/2020/01/06/flerarsis-pa-arktiska-oceanen/, https://urminsynvinkel.com/2019/07/07/vad-far-vi-inpa-med-jordens-stigande-varmelagring/ och https://en.wikipedia.org/wiki/Jet_stream

[1] Corioliseffekten beror på Jordens rotation och gör att vindar i atmosfären på norra halvklotet böjs av medsols / höger / öster (välj det som känns naturligt för dig). https://sv.wikipedia.org/wiki/Corioliseffekten

Temperaturen sjunker med höjden

Man kan lära sig mer när man försöker. Igen och igen. Gång på gång har jag läst att temperaturen sjunker 6° per 1000 höjdmeter. Tvivel på att det gäller generellt från marken och upp har hela tiden funnits, men först nu finner jag en som motiverar utförligare.

För hela videon: https://youtu.be/r7SRzg8JjNc

Under molnbasen (där vattenångan börjar kondensera till vattendroppar) sjunker temperaturen 9,8° per 1000 höjdmeter.
Inne i molnen sjunker temperaturen 6° per 1000 höjdmeter.

Fuktig luft som blåser upp längs en bergssida lämnar därför ifrån sig regn och snö om berget är tillräckligt högt. På läsidan är luften torr och när den sjunker ner igen gäller det omvända.

När luften är torr, som på läsidan av berg, stiger temperaturen med 9,8° per 1000 meter höjdförlust. vilket gör att temperaturen på låg höjd överstiger den inkommande.

I USA är detta bekant från Death Valley [1] öster om bergskedjan Sierra Nevada, i Europa har vi Alpernas föhnvindar. [2]

[1] Temperaturen höjs ytterligare då området ligger mer än 80 meter under havsnivån. https://en.wikipedia.org/wiki/Death_Valley

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Foehn_wind