Drivhuseffekten – utstråling og skyers betydning

Klimanytt 160, av Ole Henrik Ellestad

«Drivhuseffekten» er et atmosfærisk fenomen med bidrag fra stråling. IPCCs populærforklaringer med dominerende tilbakestråling til bakken av infrarød stråling (IR) fra CO2 har dårlig forankring i teori og observasjoner. Skyer på 62-68 % av jordoverflaten bestemmer utstrålingen der – ikke CO2. Økt CO2 gir både svekket og økt utstråling. Samlet blir det bare en beskjeden effekt (se KN 145,147,150 og 153).

Molekylenes absorpsjonsbånd blir smalere ved lavere temperatur
Dette er et nøkkelpunkt. Lavere temperatur skyldes lavere hastighet på molekylene med mindre energi i systemet. Men all absorbert stråling blir likevel umiddelbart overført til varme ved kollisjoner (termalisering). Absorpsjonsbåndene blir gradvis smalere oppover i en standard atmosfære (KN 153) der temperaturen avtar med høyden slik prinsippskissen her viser (høyde som vertikal akse og bølgelengde som horisontal akse).

pastedImageDet betyr som hovedregel, at utstråling fra de ytterste delene av båndene, som øker ved mer CO2, passerer uhindret videre oppover og blir ikke reabsorbert av høyereliggende CO2-molekyler. Det betyr også at eventuell stråling fra CO2-mole-kyler nedover raskt blir absorbert av de nedenforliggende molekyler (termalisert) og når ikke bakkenivå.

IPCC-leirens fokusering på tilbakestråling fra CO2 strider mot teorien, men kan finne sted i mindre omfang under spesielle atmosfæriske betingelser som f.eks inversjon (KN 153).

Skyene dominerer inn- og utstråling
Jordoverflatens IR-utstråling beregnes under forutsetning av «klar himmel». Men 62-68% av klodens overflate dekkes av skyer som bestemmer utstrålingen. Skyene befinner seg i forskjellige høyder med avtagende temperaturer oppover, fra de lave ca en km over bakken til «makrellskyer» i stratosfæren. Skyene blir, som for jordoverflaten, det «sorte» legeme som sender ut IR-stråling (KN 150) basert på deres temperatur og således bestemmende for jordens utstråling i angjeldende områder. Skyenes overflate sender ut stråling mot verdensrommet og ned mot jorden.

Drivhus - Nimbus 4Observasjoner fra satellitt
Satellittobservasjoner fra Nimbus av jordens utgående infrarøde stråling foreligger fra 1970-årene. Figurens akser viser bølgelengde (cm-1) horisontalt og strålingseffekt vertikalt. Utstrålingen sett fra bakken foregår særlig i «vinduet» mellom 750 og 1150 cm-1 (14.5-8.5 µm) (figur KN 150). Vi gjenkjenner mønsteret i kurven (sort) fra satellitt med reduksjon i særlig i tre hovedområder, ved 675 cm-1 (15 µm) av CO2 og fra vanndamp over 1200 cm-1 (8.5 µm) og under 550 cm-1 (18 µm). I tillegg observeres en betydelig topp rundt 1050 cm-1 (9.5 µm) for ozon.

IPCC-leiren profilerer ikke at økt mengde ozon over bakken absorberer stråling i det viktige «vinduet» (KN 150) (knfr. omtale av ozonhullet). De prikkede linjene er beregnet temperatur i grad Kelvin (0 C er 273 K) for utstråling fra et sort legeme. Ved å sammenholde dem med den sorte kurven fremgår at utstrålingen generelt kommer fra bakken ved ca 295 K (22 C) i «vinduet» og i CO2-områdets ytterkanter. Etterhvert som båndene blir smalere ved lavere temperaturer flytter utstrålingnivået seg gradvis oppover i høyden, litt høyere ved økt CO2.

 


 

3 thoughts on “Drivhuseffekten – utstråling og skyers betydning

  1. Fint med Hoens interesse for å forstå termalisering som er omtalt også i de tidligere Klimanytt om drivhuseffekten. Fysisk dreier det seg om molekylers absorpsjon av stråling til energirike (eksitert) vibrasjons- og rotasjonstilstander, levetid for denne tilstand før den sender ut strålingen (og går tilbake til normaltilstanden) og hvordan levetiden påvirkes av interaksjoner som molekylet har med omgivelsene.
    Det er velkjent at molekylers vibrasjoner og rotasjoner lett påvirkes av kollisjoner fordi bevegelsesmønsteret geometrisk sett påvirkes av kollisjonskrefter. Derfor har man kontinuerlig prosesser med absorpsjon og suksessiv overføring av eksitasjonsenergien ved kollisjoner med omgivende molekyler til kinetisk energi som gir temperatur lenge før emisjon finner sted. Derav betegnelsen termalisering.
    Det bekreftes eksperimentelt ved at kontinuerlig stråling mot molekylet absorberes og termaliseres. Hvis ikke ville absorpsjonssignalet kunne bli borte/redusert etter en tid ved metning av eksitert energinivå. Slikt observeres f.eks. ved kjernemagnetisk resonans (NMR) der absorpsjonen kan skje langt inne i skjermede deler av molekylet som ikke «nås» ved kollisjoner. Man må da pulse strålene så molekylet får lengre tid til å gå tilbake til grunntilstanden før nye eksitasjon.
    En annen observasjon er jo konveksjon som skjer pga. termaliseringen. Hvordan kommer den i stand hvis ikke de strålingsaktive molekylene bidrar som «katalysere» ved å overføre sin eksitasjonsenergi til oksygen- og nitrogenmolekylene ved kollisjoner? En konsentrasjon svarende til dagens ppm-nivå med CO2 uten O2 og N2 ville bety minimalt i den sammenheng.
    Man trenger således ingen beregninger. Men gjør man dem ved standard atmosfæriske betingelser vil et CO2-molekyl i sin eksitasjonslevetid kolliderer ca 10 000 ganger med øvrige molekyler. Dette er jo «øredøvende nok» for å termalisere. Jeg er således forundret over Hoens tvil om disse åpenbare fakta som burde vært omtalt i IPCCs rapporter. Jeg har ikke funnet det, men kanskje Hoen har sett noe? At det ikke omtales av IPCC-leiren er vel fordi det fratar CO2 den «entydige» rollen IPCC ønsker å tillegge menneskelige utslipp og gir en annen forståelse av de komplekse mekanismene ved atmosfærens «drivhuseffekt».

  2. Ellestad, du skriver: «Men all absorbert stråling blir likevel umiddelbart overført til varme ved kollisjoner (termalisering). »

    Dette er interessant. Kan du henvise meg til vitenskapelig litteratur hvor dette er dokumentert? Jeg vil gjerne se både empiriske forøk hvor kausaliteten er dokumentert, samt modelleberegnminger basert på generell teori for (elektro)dynamiske systemer.

    Ut i fra generell teori for elektrodynamikk og dynamiske systemer forøvrig, så er jeg ikke helt sikker på om dette er en absolutt sannhet, heller ikke på molekylnivå, Særlig ikke for molekyler med relativt treg resonant dynamisk respons (f.eks. CO2) indusert av vedvarende elektreomagnetisk stråling, sett i forhold til temperaturen i gassen hvor det befinner seg. I atmosfæren vil temperaturen i stor grad være direkte gitt av i hovedsak N2 og O2 molekyenes kinetiske translasjons- og rotasjonsenergi.

    • Hvis det er slik at absorbert elektromagnetisk stråling i f.eks. CO2 molekylers resonante grunnsvigninger, umiddelbart og ensidig, overføres til hastighetsøkning/rotasjonshastighetsøkning i N2/O2 molekyler ved kollisjoner så er dette en høyst spesiell form for enveis energitransport som krever grundig dokumentasjon både eksperimentelt og teoretisk.

Legg inn en kommentar