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.

Värmeböljor förväntas öka i antal

Ny forskning från Göteborgs universitet visar att Sydasien kommer att få fem extra värmeböljor per år – om utsläppen fortsätter som idag. – Resultatet kan bli matbrist, dödsfall och flyktingströmmar. Även Sverige påverkas.
https://svt.se/nyheter/vetenskap/ny-forskning-visar-fem-extra-varmeboljor-per-ar

Kombinationen av hög temperatur och hög luftfuktighet är livshotande redan på kort sikt. https://urminsynvinkel.com/2019/07/17/27-satt-att-do-av-varme/

Trots att Sverige spås få ett högre antal värmeböljor, är det i länder i Sydasien – som redan i dag är svårt drabbade av torka och tätt befolkade – som forskarna ser stora konsekvenser. Bland annat i Indien och Pakistan där värmeböljor med temperaturer över 40 grader i skuggan är direkt livshotande.

Där permafrosten tinar

Permafrost ger ett intryck av orubblighet, att den är permanent. Men så är det inte längre. Sedan flera år börjar vägar som byggts på det till synes orubbliga underlaget att förstöras. Hus och hela samhällen nära kuster kan dränkas när havet äter sig in i de mjuknande stränderna.

https://en.wikipedia.org/wiki/Permafrost#/media/File:Vertical_Temperature_Profile_in_Permafrost_(English_Text).jpg

Dessa konsekvenser av klimatförändringar är lätta att både se, beskriva och förstå. Annat är inte lika uppenbart och förklaringar underlättar för att inse de långsiktiga effekterna. Följ länken och läs.

Thanks to the omnipresence of bacterial and archaeal life within its soil, there’s a heck of a lot of methane and carbon dioxide locked up within Siberia’s permafrost. When conditions are warm enough, they thoroughly enjoy breaking down the plant and animal life trapped there, and they give off the two aforementioned greenhouse gases as a waste product.
https://www.iflscience.com/environment/7000-methane-bubbles-beneath-siberia

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

Har svenskar låga klimatutsläpp?

Sextio procent av svenskars klimatpåverkande utsläpp redovisas ej! Källa: Helsidesartikel i Västerbottens-Kuriren 23/2 -22

Enligt den länkade tabellen var utsläppen i Sverige cirka 46 miljoner ton koldioxidekvivalenter år 2020. Sett med optimistens ögon har utsläppen minskat 35% sedan 1990 med ett tvärsprång nedåt på dryga 8% från 2019. Källa: https://www.naturvardsverket.se/data-och-statistik/klimat/vaxthusgaser-territoriella-utslapp-och-upptag

Sverige har påtagliga utsläppsfördelar av vatten– och kärnkraftsel samt skogsbruk. Om vind- och solkraft ersätter kärnkraftverk som läggs ner får framtiden utvisa. Ska vi räkna in utlandsresor samt en minst sagt omfattande import har vi svenskar inte mycket att yvas över i klimatsammanhang. De faktiska utsläppen förorsakade av svenskar är dryga 76 miljoner ton per år.

Mark Twain lär ha komparerat lögn: ”Lögn, förbannad lögn och statistik.” (Andra varianter kan finnas.)

Naturgas, en källa till växthuseffekt

Artikeln i länken är tung läsning för de som uppfattar naturgas som en ren energikälla eller är övertygade om att begreppet växthuseffekten antingen är till fördel eller till och med saknar betydelse.

Naturgas består till största delen av metan, en molekyl där en kolatom omges av fyra väteatomer. När den oxideras (bränns) bildas koldioxid och vatten. Så långt kan man argumentera att metan är en juste fossil energikälla, ”Koldioxid blir det ju alltid och vatten måste vi ha”.

Only about 3% of gas needs to escape on its journey from wellhead to power plant to make it worse for the planet than coal. If a well is producing next to nothing, even a small leak can put it over that threshold.
Källa: https://www.bloomberg.com/features/diversified-energy-natural-gas-wells-methane-leaks-2021

Metanmolekylen har mycket stor förmåga att absorbera och sända vidare IR-strålning (värme). Växthusgaser består av molekyler med tre eller fler atomer och kan ta upp kinetisk [1) energi genom att flexa inbördes, rotera och knuffas när de träffas av värmestrålning, egenskaper som metan har i stort mått.

Metanläckage från en till synes frisk ventil. Se den avslöjande videon i länken: https://www.bloomberg.com/features/diversified-energy-natural-gas-wells-methane-leaks-2021

https://www.bloomberg.com/features/diversified-energy-natural-gas-wells-methane-leaks-2021

Townsend-Small found emissions of 38, 50, and 91 grams an hour at the wells she measured. If those rates continued over the course of a year, the three wells would cause the warming equivalent of 134 tons of carbon dioxide.

De tre läckagen under ett år blir 1570 kg vilket alltså, enligt artikeln, motsvarar växthuseffekten av 134 000 kg koldioxid!

Den svarta röken är metanläckage, taget med en IR-kamera som registrerar värmestrålning. Metan är en värmeabsorberande växthusgas vilket innebär att den avbildas mörk i denna bild.

[1) Kinetisk energi är energi beroende på rörelse.

Gör något vettigt av koldioxiden

När kol fullständigt oxideras (bränns) bildas värme och koldioxid. Koldioxid är en mycket stabil förening och vill vi återvinna dess kol och syre går det åt lika mycket energi (+ lite till) som förbränningen gav.

Nu har Japanska forskare lyckats binda koldioxidmolekylen till en porös struktur vid rumstemperatur och lågt tryck. Efter ett sådant oväntat genombrott är det sannolikt att andra följer upp med ytterligare produkter.

Se artikeln: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08227

Researchers in Japan have found an energy-efficient way to convert the chief greenhouse gas carbon dioxide (CO₂) into useful chemicals. Using the method, CO₂ is transformed into structures called metal-organic frameworks (MOFs), suggesting a new and simpler route to dispose of the greenhouse gas to help tackle global warming.
”Taking the CO₂ released from fossil fuel combustion and converting the gas into valuable chemicals and materials is a promising approach to protect the environment. But because CO₂ is a very inert and stable molecule, it is difficult to get it to react using conventional conversion processes,” says Satoshi Horike, a chemist at iCeMS who led the study. ”Our work demonstrates an easier approach that can be run at a much lower temperature and pressure. This should make reactions that use CO₂ easier to produce and more popular.”
Phys Org 5/10 -21

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