Eenvoudige natuurkunde van het "broeikas effect"

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

We spreken dus over dezelfde laag. Mocht het u niet opgevallen zijn. En ik stel vast dat u zonder IR de afkoeling die zich vanuit de stratopauze in alle richtingen voortplant niet kan verklaren.

De absorptie dikte van c0² voor 3 specifieke frequenties in het IR gebied is trouwens 10 meter.

Ja, 10 meter, aan 1 bar. Aan 0.01 bar wordt dat dus 1 km, en aan 1 millibar wordt dat 10 kilometer, als we proportionaliteit toepassen. Dat is ongeveer de druk in de stratopauze. Aan die druk heb je dus een laag van 10 kilometer dik nodig om een "absorptielengte" te geven. Alleen is die 10 meter absorptielengte voor een welbepaalde piek, die botsingsverbreed is onder hoge druk, maar die een dun lijntje gaat worden als je naar lagere drukken gaat. Men neemt vaak aan dat een goeie benadering van de absorptiecoefficient zelf ongeveer proportioneel is met de druk, zodat de totale absorptie dikte eerder kwadratisch gaat met de druk, en dan zou de effectieve absorptiedikte aan 1 millibar eerder 10 000 kilometer worden. Maar als we dus veronderstellen dat de absorptiecoefficient onafhankelijk is van de druk, dan, inderdaad, kan er voor die sterke lijnen een stukje emissie optreden tot aan de stratopauze, als je deze redenering toepast. Maar zelfs dan is dat maar een piepklein stukje van het spectrum en vertegenwoordigt maar heel weinig van het totaal uitgezonden spectrum. Het gros van de energie in het spectrum wordt door lagen in de troposfeer uitgezonden, en niet door die heel hoge lagen, en speelt dus in de totale energie huishouding, zo goed als geen rol.

Onder gewone temperatuur. Onder hoge temperatuur absorbeert het trouwens ook UV. Wat betekent dat c0² kan opwarmen en ook afkoelen onder andere omstandigheden dan zuurstof en stikstof. Uw modellen houden daar geen rekening mee.

Nee, nee, als CO2 opwarmt, onder gelijk welk mechanisme, gaat het zich NIET scheiden van de gassen waarmee het gemengd is, het gas gaat *in zijn geheel* opwarmen, tenminste zolang de dichtheid groot genoeg is dat het gas in thermisch evenwicht is. Eens we in een heel ijl gebied zijn, is dat niet meer zo (wanneer de energie overdracht tussen straling en moleculen groter wordt dan de thermalisatie door botsing). Je kan gassen onder redelijk normale drukken niet scheiden door "distillatie" he. Het is pas als je bij heel lage drukken gaat werken dat zoiets mogelijk is.

Maar ik wilde hier dan ook geen totaal model voor de hele atmosfeer aanhalen. Ik wilde gewoon de essentiele fysica van het broeikas effect door CO2 aanhalen. Deze heeft zo goed als niks te maken met wat er in die hogere lagen gebeurt (hoewel die hogere lagen zelf daar enige invloed van kunnen ondervinden).

Maar dezelfde principes blijven geldig voor die hogere lagen als je dat wil weten.

Het verschil met een troposfeer is dat het temperatuursprofiel nu ingewikkelder is, omdat het mede bepaald wordt door het stralingsbilan, terwijl dat in een troposfeer niet het geval is: daar ligt het temperatuursprofiel vast door de adiabaat die door convectie wordt bewerkstelligd.

Ik ambieer het corrigeren van een specialist niet. Wel tracht ik een specialist zover te krijgen om de theorie naar de praktijk te zetten. Ik heb ook nooit gezegd dat zij een actieve rol spelen in het IR spectrum.

Ik ben helemaal geen specialist. Ik ben een natuurkundige, die a priori de natuurkunde van de interactie van straling met gassen wel goed kent, maar ben geen atmosferisch wetenschapper.

Wij zien een blauwe hemel die vergeven is van blauw gas. Wij zien een zon rood onder gaan. Zonder IR en UV kan u die niet verklaren.

Dat heeft niks met absorptie maar wel met Raleigh verstrooiing te maken.

Ik stel vast dat geen enkele van uw modellen het koelkast effect, dat start vanuit de stratopauze en in alle richtingen, kan verklaren. Dat dit effect zich voordoet buiten het bereik van de convectie schijnt u niet te storen.

"koelkast effect" ? Het is gewoon een bilan van opwarming en afkoeling, opwarming door absorptie van straling (het voornaamste warmte transport mechanisme hier) en afkoeling door thermische straling (idem).

Ik stel vast dat geen van uw modellen twee inversie lagen kent.

Ah zo ? Waar haal je dat vandaan ?

Ik stel vast dat u totaal verloren bent als we de hoogte in temperatuur uitdrukken.

?

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Mogelijk kan u ook verklaren waarom het gehalte aan c0² in stratosfeer een goede 1000 keer hoger is dan in de troposfeer ? En hoe het daar komt ? En vooral, hoe het aandeel c02 daar kon verhogen ?

Hein ?

[<!-- / message -->]

Misschien zou u als natuurkundige kunnen verklaren waarom toevoeging van de eerste 0 molecule tot c0 een 2 keer grotere temperatuur reactie kent dan het toevoegen van de tweede molecule 0 tot c0².

Of nog waarom c0 licht uitstraalt en c0² niet.

[<!-- / message -->]

Raleigh verstrooiing heeft dus niks te maken met UV en IR ?

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Misschien zou u als natuurkundige kunnen verklaren waarom toevoeging van de eerste 0 molecule tot c0 een 2 keer grotere temperatuur reactie kent dan het toevoegen van de tweede molecule 0 tot c0².

Of nog waarom c0 licht uitstraalt en c0² niet.

Moest ik mij toeleggen op de vraag zou dat zeker mogelijk zijn. Het "volstaat" van de kwantum-mechanische berekening van de niveaus van die verschillende moleculen uit te rekenen. Maar ik schrijf "volstaat" omdat zoiets principieel te doen is, maar in de praktijk een hele opgave! Er zijn programma's zoals GAMESS die zoiets kunnen doen, maar dat is specialisten werk.

Als het niet theoretisch moet, maar gewoon empirisch, dan kan je gewoon stellen (in de mate dat wat je schrijft juist is, ik ken die dingen niet vanbuiten, hoor), dat de bindingsenergie sprong van C + O2 naar CO groter is dan die van CO + O2 naar CO2.

[jogo]

Oorspronkelijk geplaatst door patrickve

Het verschil met een troposfeer is dat het temperatuursprofiel nu ingewikkelder is, omdat het mede bepaald wordt door het stralingsbilan, terwijl dat in een troposfeer niet het geval is: daar ligt het temperatuursprofiel vast door de adiabaat die door convectie wordt bewerkstelligd.

???

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Raleigh verstrooiing heeft dus niks te maken met UV en IR ?

Raleigh verstrooiing gaat zoals de vierde macht van de frequentie.

http://en.wikipedia.org/wiki/Raleigh_scattering

Het is dus een hoge-frequentie effect. UV zal nog veel harder verstrooid worden dan blauw licht, en voor IR speelt het geen rol.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door jogo

???

Wat is het probleem ?

[<!-- / message -->]

Ik wilde gewoon de essentiele fysica van het broeikas effect door CO2 aanhalen.

+

Het verschil met een troposfeer is dat het temperatuursprofiel nu ingewikkelder is, omdat het mede bepaald wordt door het stralingsbilan, terwijl dat in een troposfeer niet het geval is: daar ligt het temperatuursprofiel vast door de adiabaat die door convectie wordt bewerkstelligd.

+

Het is gewoon een bilan van opwarming en afkoeling, opwarming door absorptie van straling (het voornaamste warmte transport mechanisme hier) en afkoeling door thermische straling (idem).

Hoewel c0² zich op het gebied van het stralingsbilan anders gedraagt dan zuurstof en stikstof kan u geen enkel aandeel van dat c0² ontdekken in dat stralingsbilan. Dat is bizar toch.

In de troposfeer kent u c0² een grootheid van effecten toe die de troposfeer op haar eigen tempo gemakkelijk kan corrigeren. De mechanismen in de troposfeer streven namelijk naar een evenwicht.

Is dan c0² toch niet de grote boosdoener ? Of moeten we de broeikaseffecten van c0² gaan zoeken in een andere absorptie dan zuurstof en stikstof ? In andere compressie/decompressie effecten ? Is er een kortlevende cyclus misschien van c0/c02/c03/0 onder invloed van straling. Allemaal vragen waar u zich niet aan durft te wagen.

Ik kan daar alleen maar bij als ik moet vaststellen dat u niet geloofd in een opwarming door een verhoging van c0². In dat geval begrijp ik dat u niet wil kijken naar mogelijke c0² effecten in relatie tot straling.

[<!-- / message -->]

en voor IR speelt het geen rol.

Dus voor een rode zon speelt het geen rol ?

[<!-- / message -->]

dat de bindingsenergie sprong van C + O2 naar CO groter is dan die van CO + O2 naar CO2.

En voor een sprong van c0² naar c0³ betekent dat ?

[<!-- / message -->]

En eigenlijk nog belangrijker van c03 naar c0 ?

[jogo]

Oorspronkelijk geplaatst door patrickve

Het verschil met een troposfeer is dat het temperatuursprofiel nu ingewikkelder is, omdat het mede bepaald wordt door het stralingsbilan, terwijl dat in een troposfeer niet het geval is: daar ligt het temperatuursprofiel vast door de adiabaat die door convectie wordt bewerkstelligd.

da versta ik nie

[patrickve]

Ik begrijp totaal niet waar je naartoe wil.

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Hoewel c0² zich op het gebied van het stralingsbilan anders gedraagt dan zuurstof en stikstof kan u geen enkel aandeel van dat c0² ontdekken in dat stralingsbilan. Dat is bizar toch.

Maar wat vertel je hier ??? Waar haal je het vandaan dat "ik geen enkel aandeel van dat CO2 kan ontdekken in dat stralingsbilan" terwijl ik het over nog niks anders heb gehad ?

Doordat het verhogen van de CO2 concentratie "het aantal zwarte lagen" vergroot, en die lagen zelf dunner maakt, wil dat zeggen dat de laatste zwarte laag zich NAAR BOVEN verplaatst. Zolang het gros van die verplaatsing zich in de troposfeer voordoet, wat het geval is, wil dat zeggen dat de "laatste zwarte laag", mocht er niks veranderen, kouder is dan ervoor, en dat de straling die dus door de "laatste zwarte laag" wordt uitgezonden, "kouder" is, en dus minder intens. Gezien het totale uit te zenden bilan vast ligt, kan dat niet en moet die "koudere" laag dus terug warmer worden, en dat kan, in de troposfeer, enkel maar door de ganse adiabaat op te schuiven (want de helling hiervan ligt vast door de expansie-eigenschappen van het gas).
Nu is het wel zo dat wat "zwarte laag" is, afhankelijk is van de frequentie, en je moet deze analyse dus "frequentie per frequentie" doen ; het uiteindelijk uitgestraalde spectrum zal dus een combinatie zijn van al die uitgezonden stralingen door de respectievelijke "laatste zwarte lagen".

In de troposfeer kent u c0² een grootheid van effecten toe die de troposfeer op haar eigen tempo gemakkelijk kan corrigeren. De mechanismen in de troposfeer streven namelijk naar een evenwicht.

Wel, dat evenwicht gaat nu net precies verschuiven, zie. Da's het ganse idee achter het effect. Waarom gaat dat evenwicht verschuiven ? Precies omdat het totale energieverlies door straling identiek moet blijven. Als die straling nu door "koudere" lagen wordt uitgezonden, kan die niet identiek blijven, en bijgevolg moet de temperatuur wel naar boven opschuiven om een NIEUW evenwicht te bereiken.

Allemaal vragen waar u zich niet aan durft te wagen.

Omdat die niets met het basis effect te maken hebben, en of die nu aanwezig zijn of niet, dat verandert niks aan de basis uitleg. Ttz, ook al zouden die effecten er niet zijn, dat zou het broeikas effect niet uitschakelen.

Ik kan daar alleen maar bij als ik moet vaststellen dat u niet geloofd in een opwarming door een verhoging van c0². In dat geval begrijp ik dat u niet wil kijken naar mogelijke c0² effecten in relatie tot straling.

Ik weet totaal niet waar je dat haalt, want wat je hier zegt staat ongeveer haaks op wat ik allemaal verteld heb.

[Tavek]

Ik ben het verhaal ook aan het volgen Patrick, en ik snap soms helemaal niet waar hij met zijn opmerkingen vandaan komt....

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door jogo

da versta ik nie

In de troposfeer is, door de aanwezigheid van sterke convectie, het temperatuursverloop vastgelegd door de expansie eigenschappen van het gas. Ttz de HELLING van de kurve die de temperatuur als functie van de druk geeft, ligt vast door de eigenschappen van het gas. Maar je kan die kurve wel naar links of naar rechts opschuiven. Dat verandert niks aan de helling. Maar de helling zelf kan je niet veranderen. Die curve noemt men de adiabaat (hoewel het eigenlijk een familie van kurves is, allemaal parallel met elkaar).

Ook al heb je een ander energetisch bilan op stralingsvlak alleen, dat zal perfect gecompenseerd worden door meer of minder warmtetransport door convectie, tot de adiabaat weer bereikt wordt.

Het gevolg van al dat wil zeggen dat als je de temperatuur op 1 punt kent, het ganse temperatuursverloop vast komt te liggen. Je moet gewoon de adiabaat "verschuiven" tot die op het gekende punt valt, en dat is 't.

In een stuk atmosfeer dat niet door convectie wordt gedomineerd (en dus door straling, want geleiding speelt toch maar een kleine rol) ligt het temperatuursverloop a priori niet vast, en wordt de temperatuur van elk laagje bepaald door het gelijk stellen van inkomende en uitgaande energieflux, die hier essentieel straling is. De uitgaande flux neemt toe met de temperatuur. De ingaande flux hangt af van de straling die de laag ontvangt, en het deel ervan dat ze absorbeert. Dat is dus een "moeilijker" vraagstuk om op te lossen, want als de straling verandert, en/of de absorptie eigenschappen veranderen, kan het temperatuursprofiel er helemaal anders uit zien.

In een troposfeer daarentegen, moet je maar 1 punt kennen en het ganse temperatuursprofiel is vastgelegd. Welnu, het punt dat vast ligt is de temperatuur van de "laatste zwarte laag" (ik vereenvoudig hier ; we hebben een andere zwarte laag per frequentie en het totale bilan moet eigenlijk opgemaakt worden - dat is wat MODTRAN doet bvb), want we KENNEN de hoeveelheid straling die de aarde, en dus deze laag, moet afstralen, en dat bepaalt de temperatuur waaraan die moet uitgezonden worden. De ganse adiabaat moet zich daaraan aanpassen.

Als de "laatste zwarte laag" naar boven schuift (omdat er meer absorptie is), en dus "kouder" zou willen worden, dan moet die toch weer "warmer" worden om evenveel thermische straling als voorheen uit te zenden. De ganse adiabaat moet dus volgen, en bijgevolg schuift de temperatuur nabij het oppervlak ook op (want die volgt ook de adiabaat natuurlijk).

[<!-- / message -->]

Oorspronkelijk geplaatst door patrickve

haal je het vandaan dat "ik geen enkel aandeel van dat CO2 kan ontdekken in dat stralingsbilan" terwijl ik het over nog niks anders heb gehad ?

Uw openingspost vertelde samengevat het volgde:

In de atmosfeer neemt de druk af met de hoogte. Wanneer een ballonnetje atmosfeer-gas-mengsel stijgt dan zal het door afnemende luchtdruk in volume toenemen. Dat verbruikt energie. Die energie wordt als warmte aan het ballonnetje onttrokken. Stijgend gas in de troposfeer wordt dus kouder. Zelfs negatief in Celsius.

Tot zover elementair, Watson.

Dan stelt ge dat zonder de atmosfeer het ongeveer -18 graden zou zijn op zee niveau.

Tot zover elementair, Watson.

Dan stelt ge dat zonder atmosfeer, dus ook zonder convectie, de aarde op -18 graden al haar warmte naar de ruimte afstraalt onder vorm van IR. En dan gaat ge een punt zoeken in de atmosfeer waar het -18 graden is om dan te stellen dat de aarde op dat punt ook al haar warmte afstraalt naar de ruimte. En nu concludeert ge dat het verleggen van dit punt van zeeniveau naar ergens midden in de troposfeer het broeikas effect is.

Die conclusie is gebaseerd op een situatie zonder atmosfeer. Die atmosfeer, althans enkel de troposfeer, wordt terug gesmokkeld door te stellen dat helling van het temperatuur-verloop vast ligt door de expansie-eigenschappen van het gas. En daarbuiten wordt er niks anders aanvaard.

Wat stoort mij in heel die uitleg ?

1/ U geeft een heel ingewikkelde uitleg om te concluderen dat broeikasgassen verantwoordelijk zijn voor hogere beginwaarden van een temperatuurverloop waarvan de helling vast ligt. Ah ja. Dat weet mijn dikke teen ook. U wijst hier naar het evidente gevolg van, niet naar de oorzaak van.

2/ U noemt C0² een broeikasgas. Dat zou dus wanneer het onder afnemende druk uitzet minder energie moeten afgeven. Tenminste als we binnen het kader van de de expansie-eigenschappen van het gas blijven. In heel die ingewikkelde uitleg, die bol staat van cijfers en formules, vind ik geen enkele toepassing op c0² specifiek en ook niet op het mengsel zuurstof/c0²/stikstof. Dat lijkt mij toch essentieel.

3/ Als ik dan de gangbare theorie over het broeikas effect poneer, krijg ik tegenwind. C0² kan niet opwarmen door absorptie van IR. Nu moet ik zeggen dat ik zelf niet meer het nut van de conclusies van die gangbare theorie zie zitten. Behalve dan het feit dat c0² effectief IR absorbeert. Ik heb dan ook alles, behalve dat laatste laten vallen.

4/ Ik ben echter niet van idee verandert over de gangbare theorie door uw argumenten. De expansie-eigenschappen van het gas spelen maar tot ongeveer de tropopause. Veel hoger speelt convectie niet, omdat de luchtdruk te laag wordt, omdat er niet zo veel meer temperatuur te onttrekken is en omdat er een enorme inversie laag hangt. Stralings-eigenschappen stoppen niet op dat punt. Ten getuige de aanmaak van ozon door absorptie van UV. Toch misbruikt u de expansie-eigenschappen van het gas om een theorie rond straling onderhuids onderuit te halen.

5/ Zonder atmosfeer zou het op zeeniveau -18 graden zijn. Nu kiest u heel arbitrair een ander punt van -18 graden in de situatie met atmosfeer ergens in die atmosfeer. Naar mijn bescheiden onkunde is het -18 graden op 4 verschillende hoogtes in onze atmosfeer. En slechts 1 van die 4 punten is rechtstreeks toe te schrijven aan de expansie-eigenschappen van het gas. U geeft geen enkele indicatie waarom uw dobbelsteentje precies op dat ene punt van -18 graden valt.

6/ Zonder atmosfeer zou het op zeeniveau -18 graden zijn en zou de koude ruimte ogenblikkelijk boven zeeniveau beginnen. Het uitstralingspunt, eh ? Met atmosfeer stel ik vast dat tussen zeeniveau en koude ruimte nog een uitgebreid laagje zit dat zeer heet is. Het is mij een volkomen raadsel hoe er vanuit eender welk punt lager dan de stratopause naar de koude ruimte kan afgestraald worden met een hete isolerende laag tussen beide.

Trouwens, met of zonder atmosfeer, temperatuur houdt eigenlijk gewoon op met bestaan. Op een gegeven moment is er zo weinig materiaal (gas moleculen) aanwezig in de laatste laag dat je moeilijk van een laag met een eigen temperatuur kan spreken. Een temperatuur meten op dat punt is niet meer dan je thermometer opwarmen en er is geen enkele reden om aan te nemen dat je thermometer iets anders dan zijn eigen temperatuur meet. Ook dat is een uitstekende isolatie laag.

7/ Ik merk op dat in de stratopause iets heel merkwaardigs gebeurt. Zelfs met een zeer lage luchtdruk. Zelfs met eigenlijk zeer weinig moleculen ter plaatse. En dat grotendeels door toedoen van straling. Goed voor een temperatuurverschil van wel 80°c naar de ene kant en wel 180°C naar de andere kant.

8/ U zegt zelf het volgende (over c0²):

we zitten echt op de grens tussen "weinig significant" en "belangrijk". We zitten op het niveau van minder dan 1 graad, of van 1.5 graden of zo.

Er staat niet 1 graad per jaar of per eeuw of whatever. U gooit daar een absolute waarde neer die absolute niks voorstelt.

Toch zitten we met een stijging in temperatuur die significant groter en aanwezig is. Als we er nu vanuit gaan dat we wel verplicht zijn om c0² als de schuldige aan te duiden, dan spelen er grotere zaken. Dan schort er iets. Er zijn nog effecten. Maar dat effect kan niet plaats hebben in de troposfeer, want de helling van de temperatuur-curve heeft u (terecht) reeds vast gelegd.

9/ Maar wacht. Het broeikas effect verandert het begin punt van de curve. Maar dan verandert het beginpunt van de curve ook het eindpunt van die curve. Of te wel het punt waar convectie niet meer speelt. Het punt waar de temperatuur terug omhoog gaat met de hoogte. Het punt dus waar straling een hoofdrol gaat spelen.

Als we het eindpunt van de curve veranderen, veranderen we dan ook het beginpunt ? Ja, want de helling ligt vast.

10/ Is dat eindpunt dan afhankelijk van het broeikas effect ? Ja. Het is namelijk het snijpunt waar twee afkoelingsmechanismen mekaar ontmoeten. Het afkoelen door convectie (van uit de troposfeer). En het afkoelen door toedoen van UV (curve vanuit de stratopause gezien). Ligt de helling in de stratosfeer vast ? Ja, zeer waarschijnlijk. Maar volgens andere mechanismen dan warmteverlies door expansie. Het snijpunt is dus een belangrijk concept.

11/ Onder het snijpunt zeg jij is het aandeel van c0² niet erg bepalend. Dus vraag ik u. En boven het snijpunt? Hoe zit het dan daar ? Daar draait het allemaal rond straling zegt u. En c0² heeft geen significante stralings-effecten. Want het gangbare model is fout. En daarmee is volgens u de kous af. Voor mij begint het daar pas.

12/ Als de temperatuur in de stratopause om een of andere reden, die gij niet wilt kennen, verhoogt ? Verhoogt dan ook het beginpunt van de curve ? Ja. Verandert dat iets aan uw expansie-model ? Nee. Geeft dat dan waarheidsgehalte aan het gangbare model ? Nee.

13/ Als ik u dan vraag of c0² mogelijk ook boven het snijpunt een grote rol speelt. Dan wil u daar gewoon niet op ingaan. U blijft herhalen dat de helling (er onder) vast ligt, en dat de principes van de helling vast liggen. Ja ventje, het gaat over het begin en het eindpunt van de helling, tenslotte is dat het broeikaseffect. Zoals je tenslotte zelf opmerkt.

14/ Een hoger startpunt van de helling impliceert meer IR straling.

--/ Maar goed. Ik heb voldoende materiaal aangebracht. Voldoende vragen. Voldoende stof. Ik heb de antwoorden niet. Ik ben dan ook geen natuurkundige. En ik laat mij de mond (grote bek) niet snoeren omwille van dat laatste. Ik ben niet onder de indruk van grollende honden waarvan ik zie dat teelballen zo'n beetje afvriezen. Om het plastisch te zeggen. Uw bewaakt gewoon ten alle prijzen het convectie model. U moet daar zeer trots op zijn.

Omdat die niets met het basis effect te maken hebben, en of die nu aanwezig zijn of niet, dat verandert niks aan de basis uitleg. Ttz, ook al zouden die effecten er niet zijn, dat zou het broeikas effect niet uitschakelen.

Als u dit zegt, dan begrijpt u heel goed wat exact ik bedoel. Van het moment dat we spreken van een atmosfeer gevangen door een zwaartekracht spreken we ook over een broeikas effect. Dat is nogal wiedes. Het zelfs niet relevant om het aandeel van c0² in dat basis gegeven uit te pluizen. Het is wel relevant om het exacte aandeel van een c0² verhoging zo nauwkeurig mogelijk te duiden. Van zeeniveau tot mogelijk zelfs de sliert lekkende atmosfeer die de maan achter zich aan sleept.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

Uw openingspost vertelde samengevat het volgde:

In de atmosfeer neemt de druk af met de hoogte. Wanneer een ballonnetje atmosfeer-gas-mengsel stijgt dan zal het door afnemende luchtdruk in volume toenemen. Dat verbruikt energie. Die energie wordt als warmte aan het ballonnetje onttrokken. Stijgend gas in de troposfeer wordt dus kouder. Zelfs negatief in Celsius.

Tot zover elementair, Watson.

Dan stelt ge dat zonder de atmosfeer het ongeveer -18 graden zou zijn op zee niveau.

Tot zover elementair, Watson.

Dan stelt ge dat zonder atmosfeer, dus ook zonder convectie, de aarde op -18 graden al haar warmte naar de ruimte afstraalt onder vorm van IR. En dan gaat ge een punt zoeken in de atmosfeer waar het -18 graden is om dan te stellen dat de aarde op dat punt ook al haar warmte afstraalt naar de ruimte. En nu concludeert ge dat het verleggen van dit punt van zeeniveau naar ergens midden in de troposfeer het broeikas effect is.

Absoluut. Juist. Dat is het. Ge hebt het vast.

Die conclusie is gebaseerd op een situatie zonder atmosfeer. Die atmosfeer, althans enkel de troposfeer, wordt terug gesmokkeld door te stellen dat helling van het temperatuur-verloop vast ligt door de expansie-eigenschappen van het gas. En daarbuiten wordt er niks anders aanvaard.

Ik begrijp niet wat ge bedoelt met "en daarbuiten wordt er niks anders aanvaard". Natuurlijk zijn er nog bijkomende effecten. Maar dit is het basis broeikas effect.

Wat stoort mij in heel die uitleg ?

Ik ben benieuwd, want ik heb moeite om te begrijpen dat die uitleg stoort.

1/ U geeft een heel ingewikkelde uitleg om te concluderen dat broeikasgassen verantwoordelijk zijn voor hogere beginwaarden van een temperatuurverloop waarvan de helling vast ligt. Ah ja. Dat weet mijn dikke teen ook. U wijst hier naar het evidente gevolg van, niet naar de oorzaak van.

Hoezo ? Als uwen dikken teen dat weet, is dat heel goed, he. Proficiat aan uwen dikken teen. Maar dat verandert niks aan het mechanisme. En zo ingewikkeld is die uitleg nu ook weer niet. Ge hebt het hierboven perfect samengevat.

2/ U noemt C0² een broeikasgas. Dat zou dus wanneer het onder afnemende druk uitzet minder energie moeten afgeven. Tenminste als we binnen het kader van de de expansie-eigenschappen van het gas blijven. In heel die ingewikkelde uitleg, die bol staat van cijfers en formules, vind ik geen enkele toepassing op c0² specifiek en ook niet op het mengsel zuurstof/c0²/stikstof. Dat lijkt mij toch essentieel.

Eh, wat wilt ge ? De adiabatische expansie van het gas ? Het is de adiabatische expansie van het *gasmengsel* en met de kleine hoeveelheid CO2 erin of niet, is dat dus gedomineerd door het zuurstof/stikstof mengsel. De CO2 gaat niet op zijn eentje stijgen want het is *goed gemengd* (toegegeven, er gaat een piepklein fractioneel effectje zijn, maar dat kunnen we hier best verwaarlozen in de troposfeer). Dus het is een ballonnetje O2/N2/CO2 dat gaat stijgen.

De lapse rate (vermindering van temperatuur met hoogte) wordt gegeven door de vergelijking die je hier vindt voor de droge adiabaat:

http://en.wikipedia.org/wiki/Lapse_rate

- dT/dz = - (gamma - 1)/gamma x m x g / R

waar gamma en m de adiabatische coefficient en de molaire massa zijn van het mengsel, ongeveer 7/5 en iets van 29 gram, wat tot 9.8 graden per kilometer leidt. En of daar nu een prutske CO2 in zit of niet, dat verandert niet veel aan de zaak.

Als er vocht in de lucht zit, moet men rekening houden met de balans van warmte van verdamping en condensatie, en dan hebben we een andere adiabaat, de "natte" adiabaat. Vandaar dat er een fout zit in de web interface van het MODTRAN programma als men de vochtigheid verandert, omdat men niet automatisch het temperatuursprofiel aanpast (de adiabaat moet "natter" of "droger" worden).

Maar als men nu CO2 toevoegt of niet (in kleine hoeveelheden), dat verandert de adiabaat dus niet.

3/ Als ik dan de gangbare theorie over het broeikas effect poneer, krijg ik tegenwind. C0² kan niet opwarmen door absorptie van IR.

Dat heb ik nergens gezegd. Natuurlijk dat CO2 warmte ontvangt door IR, dat is het ganse idee. Maar de "gangbare theorie" is degene die ik hier vertel, hoor. Wat er vaak verteld wordt is dat CO2 "de IR straling niet doorlaat en dus belet van uitgestraald te worden". En DAT is niet juist.

Natuurlijk dat CO2 opwarmt als het immobiel blijft, en door IR bestraald wordt. Het gaat ook wel meer warmte verliezen, door uitstraling. De balans moet dus opgemaakt worden. Als die CO2 meer warmte krijgt dan verliest, gaat de temperatuur ervan (enfin, van het gasmengsel waarin het zit) stijgen. Anders gaat het dalen.

4/ Ik ben echter niet van idee verandert over de gangbare theorie door uw argumenten. De expansie-eigenschappen van het gas spelen maar tot ongeveer de tropopause. Veel hoger speelt convectie niet, omdat de luchtdruk te laag wordt, omdat er niet zo veel meer temperatuur te onttrekken is en omdat er een enorme inversie laag hangt.

Juist.

Stralings-eigenschappen stoppen niet op dat punt. Ten getuige de aanmaak van ozon door absorptie van UV. Toch misbruikt u de expansie-eigenschappen van het gas om een theorie rond straling onderhuids onderuit te halen.

Ik haal geen "theorie rond straling onderuit". Maar gezien de essentie van de IR straling die in de ruimte gaat vanaf de troposfeer afkomstig is, is het daar dat het verhaal zich afspeelt, en niet in die hogere lagen.

5/ Zonder atmosfeer zou het op zeeniveau -18 graden zijn. Nu kiest u heel arbitrair een ander punt van -18 graden in de situatie met atmosfeer ergens in die atmosfeer. Naar mijn bescheiden onkunde is het -18 graden op 4 verschillende hoogtes in onze atmosfeer. En slechts 1 van die 4 punten is rechtstreeks toe te schrijven aan de expansie-eigenschappen van het gas. U geeft geen enkele indicatie waarom uw dobbelsteentje precies op dat ene punt van -18 graden valt.

Zoals ik al verschillende keren heb gezegd, is dat natuurlijk maar een gemiddelde. Voor sommige frequenties is dat hoog in de atmosfeer, voor anderen is dat het aardoppervlak.

Ik heb dat hier zeker al twintig keer gezegd, maar nog maar eens: neem, voor een zekere frequentie, elk foton dat de aarde verlaat. Dat foton is ergens geproduceerd geworden, door thermische straling. Beschouw nu de verdeling van alle hoogtes waarop zo een foton is geproduceerd. Dat gaat een verdeling zijn die a priori vanaf het aardoppervlak kan gaan tot aan de hoogste lagen van de atmosfeer, maar er zal daar ergens een gemiddelde waarde van zijn. Voor frequenties waarvoor er weinig absorptie is, komen bijna al die fotonen van het aardoppervlak. Voor frequenties waar meer absorptie is, zullen er maar weinig direct van het aardoppervlak komen, en dus komen die van lagen in de atmosfeer. Welnu, beschouw de gemiddelde hoogte waarop die fotonen worden uitgestuurd. DAT is het punt dat telt.
En nu blijkt dat voor de meeste, zoniet alle, frequenties, dat punt telkens ergens in de troposfeer ligt.

Ik ga dus niet, zoals jij doet, naar de temperatuurscurve kijken, en zien waar er punten van -18 graden liggen. Nee, ik ga, op basis van de absorptieeigenschappen, zien waar het "gemiddelde punt van uitzending" ligt (het "midden van de laatste zwarte laag"), en DAT punt moet op -18 liggen (gemiddeld, he: er zijn er die hoger liggen, maar ook die lager liggen).

Als er nu toevallig nog ANDERE (hogere) punten zijn op -18 graden, dan speelt dat maar heel weinig een rol, want de meeste straling die in de ruimte wordt gestuurd vindt daar zijn oorsprong niet.

6/ Zonder atmosfeer zou het op zeeniveau -18 graden zijn en zou de koude ruimte ogenblikkelijk boven zeeniveau beginnen. Het uitstralingspunt, eh ? Met atmosfeer stel ik vast dat tussen zeeniveau en koude ruimte nog een uitgebreid laagje zit dat zeer heet is. Het is mij een volkomen raadsel hoe er vanuit eender welk punt lager dan de stratopause naar de koude ruimte kan afgestraald worden met een hete isolerende laag tussen beide.

Let eerst op: er is niet zoiets als "de koude ruimte net boven het oppervlak". De "koude ruimte" is de "ruimte op oneindig" als het ware, het "firmament". Maar er is geen "kubieke centimeter koude ruimte". De temperatuur van iets is gegeven door waar het mee in evenwicht is. De temperatuur zou dan in 't beste geval gegeven worden door de hoeveelheid straling die je in dat stukje ruimte vindt. Daar is straling van 5000 graden aanwezig (zonnelicht), daar is zonnewind aanwezig (miljoenen graden), ....

Zonder een minimum aan thermisch reservoir kan je niet spreken van de temperatuur van een stukje ruimte. Je kan wel spreken van de temperatuur van "het firmament" (ruimte "op oneindig") die bepaald wordt door de temperatuur van de kosmische achtergrond straling aan ongeveer 4 kelvin.

Maar terug naar onze "hoe komt het dat er tussen de koude aarde en de nog veel koudere ruimte, er een hete laag ligt".
Dat komt omdat die laag zo goed als transparant is voor het essentiele van de straling tussen die koude aarde en dat nog koudere firmament, en zich dus zo goed als niet moeit hiermee (hiervan grotendeels is losgekoppeld). Die laag ondervindt op haar eigen haar eigen balans, en die wordt dus enerzijds opgewarmd door straling van de zon (UV en zo), en moet haar warmte kwijt door thermische straling. Maar hier speelt emissiviteit een grote rol! Als een laag zo goed als geen absorptie heeft bij IR frequenties, dan kan die ook maar weinig IR UITZENDEN. Het toevoegen van een broeikas gas gaat hier dan eerder voor een AFKOELING zorgen, omdat het de emissiviteit verbetert (tenzij het ook extra UV gaat absorberen, en dus ook voor meer warmte gaat zorgen).

Met andere woorden, die laag leeft haar stralingsleven een beetje op haar eigen.

Trouwens, met of zonder atmosfeer, temperatuur houdt eigenlijk gewoon op met bestaan. Op een gegeven moment is er zo weinig materiaal (gas moleculen) aanwezig in de laatste laag dat je moeilijk van een laag met een eigen temperatuur kan spreken. Een temperatuur meten op dat punt is niet meer dan je thermometer opwarmen en er is geen enkele reden om aan te nemen dat je thermometer iets anders dan zijn eigen temperatuur meet. Ook dat is een uitstekende isolatie laag.

Het eerste deel is juist: als er GEEN materiaal aanwezig is, of als er enkel maar materiaal aanwezig is dat zo ver van een thermische evenwichtstoestand is dat het concept weinig zin heeft, is er geen "temperatuur".
Maar "isolatie laag" is enkel maar van toepassing voor warmtegeleiding, natuurlijk, niet voor straling.

7/ Ik merk op dat in de stratopause iets heel merkwaardigs gebeurt. Zelfs met een zeer lage luchtdruk. Zelfs met eigenlijk zeer weinig moleculen ter plaatse. En dat grotendeels door toedoen van straling. Goed voor een temperatuurverschil van wel 80°c naar de ene kant en wel 180°C naar de andere kant.

Ja...

Er staat niet 1 graad per jaar of per eeuw of whatever. U gooit daar een absolute waarde neer die absolute niks voorstelt.

Het is geen blijvende opwarming! Eens die graad is toegevoegd, is het systeem terug in evenwicht, natuurlijk. Er zal een eenmalige stap van 1 graad gebeuren (volgens dit eenvoudige model, he), en dat is het dan.

Toch zitten we met een stijging in temperatuur die significant groter en aanwezig is. Als we er nu vanuit gaan dat we wel verplicht zijn om c0² als de schuldige aan te duiden, dan spelen er grotere zaken. Dan schort er iets. Er zijn nog effecten. Maar dat effect kan niet plaats hebben in de troposfeer, want de helling van de temperatuur-curve heeft u (terecht) reeds vast gelegd.

Bobo niet snappie doen.

Het feit dat de temperatuur stijgt komt omdat we 1) waarschijnlijk nog geen evenwicht hebben bereikt, en vooral 2) omdat we het CO2 gehalte voortdurend laten stijgen. Mocht het CO2 gehalte stabiliseren (geen uitstoot meer), en we wachten tot het evenwicht bereikt is, dan zal er een nieuwe temperatuur als evenwicht bereikt worden. Er gaat geen "voortdurende" stijging zijn (tenzij in thermal runaway, maar dat is hier het geval niet, dat is trouwens ook niet besproken, en daarvoor moet de samenstelling van de atmosfeer continu veranderen).

9/ Maar wacht. Het broeikas effect verandert het begin punt van de curve. Maar dan verandert het beginpunt van de curve ook het eindpunt van die curve. Of te wel het punt waar convectie niet meer speelt. Het punt waar de temperatuur terug omhoog gaat met de hoogte. Het punt dus waar straling een hoofdrol gaat spelen.

Ja. Ofwel wordt de troposfeer wat dikker.

Als we het eindpunt van de curve veranderen, veranderen we dan ook het beginpunt ? Ja, want de helling ligt vast.

Tenzij de lijn langer wordt.

10/ Is dat eindpunt dan afhankelijk van het broeikas effect ? Ja. Het is namelijk het snijpunt waar twee afkoelingsmechanismen mekaar ontmoeten. Het afkoelen door convectie (van uit de troposfeer). En het afkoelen door toedoen van UV (curve vanuit de stratopause gezien).

Het afkoelen door toedoen van UV ??? UV kan enkel maar opwarmen, want er kan geen thermische straling in UV uitgestraald worden aan "aardse" temperaturen.

Ligt de helling in de stratosfeer vast ? Ja, zeer waarschijnlijk. Maar volgens andere mechanismen dan warmteverlies door expansie. Het snijpunt is dus een belangrijk concept.

Nee, de helling in de stratosfeer ligt juist niet vast, en DIE wordt totaal bepaald door een stralingsbalans. Het is het uitzonderlijke aan de troposfeer dat de helling vast ligt, en dat speelt een essentiele rol in het broeikas effect, dat is wat ik hier de ganse tijd wil zeggen.

11/ Onder het snijpunt zeg jij is het aandeel van c0² niet erg bepalend.

??? Daar is het juist echt belangrijk ! (als je met "onder" op lagere hoogte wil zeggen).

Dus vraag ik u. En boven het snijpunt? Hoe zit het dan daar ? Daar draait het allemaal rond straling zegt u. En c0² heeft geen significante stralings-effecten. Want het gangbare model is fout. En daarmee is volgens u de kous af. Voor mij begint het daar pas.

Boven de stratosfeer (en in de stratosfeer) heeft CO2 natuurlijk wel belangrijke effecten voor de temperatuur daar, maar veel minder voor de temperatuur op aarde, want de essentie van de straling is "reeds uitgezonden" op dat niveau, en de dichtheid van CO2 te klein om op dat bilan nog een grote invloed uit te oefenen. Dat komt omdat "het punt van uitstraling" (bepaald door absorptie) lager ligt voor de meeste frequenties.

12/ Als de temperatuur in de stratopause om een of andere reden, die gij niet wilt kennen, verhoogt ? Verhoogt dan ook het beginpunt van de curve ? Ja.

Nee. Want die kurve kan van vorm veranderen. Niet zoals de adiabaat in de stratosfeer. De vorm van die kurve is dus gegeven door het exacte stralingsbilan van elk laagje, en dat kan zich aanpassen.

13/ Als ik u dan vraag of c0² mogelijk ook boven het snijpunt een grote rol speelt. Dan wil u daar gewoon niet op ingaan. U blijft herhalen dat de helling (er onder) vast ligt, en dat de principes van de helling vast liggen. Ja ventje, het gaat over het begin en het eindpunt van de helling, tenslotte is dat het broeikaseffect. Zoals je tenslotte zelf opmerkt.

Inderdaad.

Een verdere discussie over de thermische eigenschappen van mijn teelballen doet niet veel ter zake, ik laat dat hier dus maar achterwege.

[patrickve]

Oorspronkelijk geplaatst door <!-- / message -->

12/ Als de temperatuur in de stratopause om een of andere reden, die gij niet wilt kennen, verhoogt ? Verhoogt dan ook het beginpunt van de curve ? Ja. Verandert dat iets aan uw expansie-model ? Nee. Geeft dat dan waarheidsgehalte aan het gangbare model ? Nee.

Ik zou hier wat willen op ingaan, want ik denk dat het de essentie is van je misverstand.

Beschouw twee situaties.

Situatie 1) er is een vlakte en een berg zand. Men stelt de kurve op van het hoogteverloop langs een lijn die door de vlakte loopt, en door de hoop zand. Dat geeft een zekere "hoogte als functie van de afstand".

Voeg nu zand toe aan de berg zand. Dat verandert NIKS aan de hoogte van de vlakte.

Situatie 2) er ligt een plank tussen een punt in de vlakte en de top van een zandberg. Men tekent nu de kurve die de hoogte van de plank geeft als functie van de afstand, en die is op een plek gegeven door de hoogte van de vlakte (waar de plank de grond raakt), en aan de andere kant door de top van de berg.

Verhoog nu de top van de berg en leg de plank terug op de top. Dat verandert wel degelijk iets aan de hoogte van de plank, overal.

Situatie 1) is analoog aan de temperatuur in de stratosfeer en hoger. Situatie 2) is zoals in de troposfeer (niet echt, want hier is het de helling die verandert, en in de atmosfeer is het een parallelle verschuiving, maar goed).

Zie je het verschil ? In situatie 2) is er een fysisch mechanisme dat het verband tussen de hoogtes vastlegt (de plank). Als je ergens een punt verandert, moet de ganse plank mee volgen. In situatie 1) is dat het geval niet. De hoogte van de berg kan veranderen, dat zegt niks over hoe het ergens anders evolueert.

[<!-- / message -->]

Goed uitgelegd Pat. Behalve dat je volgens mij één misrekening maakt. Volgens mijn onbescheiden onbeschofte koppige mening natuurlijk. Er wordt namelijk bijna geen IR afgestraald naar het oneindige.

Om dat nu eens visueel voor te stellen.

Men neme een thermoskan. Die bestaat uit een isolerend omhulsel en een op temperatuur te houden inhoud. Nu gaan we de isolatie perfect maken door energie te gebruiken die opgewekt word door de inhoud.