Üvegházhatás – új megközelítésben

Honlapunk többször levezettük, a hivatalos klímaelmélet ezer sebből vérzik. A hamis, pánikkeltő klímanarratíva központi eleme: A légkörben folyamatosan nő a CO2-koncentráció, az pedig visszasugározza a Föld felszínéről kapott energiakvantumot a Föld felszíne felé, és ez hőmérséklet-növekedést okoz. Ennek a hamis tételnek a lényege az energiaáramoknál a sugárzással történő energiaátadás arányának a fölfelé hamisítása, az egyéb energiaátadási módoknak pedig, elsősorban a hőáramlásnak és hővezetésnek a lefelé hamisítása.

Egy dolog vitathatatlan: A légkör tetején az energiacsere kizárólag sugárzási energia formájában történik, és nagyjából egyensúlyban van. Tehát amennyi (sugárzási) energiát kap a Föld a Napból, annyit ad vissza a Föld a világűrnek. Teljesen más viszont az energiaátadások aránya a Föld, illetve a tengerek felszínén. Ezt részletesebben az alábbi írásokban tárgyaljuk:

GONDOLATOK A KLÍMÁRÓL, AZ ANTROPOGÉN KLÍMAHATÁSRÓL (AKH)

Antropogén üvegházhatás? – Spektroszkópiai szempontból elhanyagolható

Ónodi Tibor: Kételyek az üvegházhatás mértékében

Adjuk át ezek után a szót jelen bejegyzésünk szerzőjének, Thomas E. Shula-nak.

Az alábbi, a NASA által közzétett ábra egy példa a sok közül, amely a Föld „energiaháztartásának” különböző tényezőit próbálja szemléltetni. A bal oldali sárga nyilak a beérkező napsugárzást ábrázolják. Ezt részben elnyeli a légkör, részben a felhők és a légkör visszaveri az űrbe, részben a Föld felszíne visszaveri, és valamivel kevesebb, mint 50%-át a Föld felszíne elnyeli és hővé alakítja. A jobb oldalon a piros nyilak azokat az utakat ábrázolják, amelyek az üvegházhatás által feltételezett módon az energiát a Föld felszínéről az űrbe szállítják. Az „energiaháztartás” ezen modellje az alapja azoknak az ÖSSZES éghajlati modellnek, amelyek az üvegházhatású gázok által okozott feltételezett antropogén globális felmelegedés (AGW) hatásait próbálják előrejelezni.

Ahogy a NASA-diagram betoldott bekezdése mondja: „Átlagosan és hosszú távon a légkör tetején egyensúly van”.

A diagramon az egyes nyilakhoz tartozó értékek a megfelelő energiaáramokat jelentik watt/m2-ben. Ezeket az értékeket különböző módon származtatják, amelyek közül néhány releváns jelen dolgozatunk szempontjából, és amelyeket az alábbiakban ismertetünk. Ezeket az értékeket az éghajlati modellekben használják, és a modellek fejlődése során változhatnak, bár jellemzően nem sokkal. Néhány tipikus érték egy NASA-dokumentumból a 16. oldalon található ITT. Az üvegházhatású gázok elméletének kidolgozásához feltevéseken keresztül vezetett az út. Az egyik következtetés az, hogy üvegházhatású gázok nélkül a Föld körülbelül 33 °C-kal lenne hűvösebb. Ezt az Energiaoktatás honlapnak a Föld hőmérséklete üvegházhatású gázok nélkül c. fejezete részletezi.

Ez annak az eredménye, hogy a Földet és a légkörét egyaránt fekete testként kezelik, a Stefan-Boltzmann-törvény értelmében, ahogyan azt ez a VIDEÓ is tárgyalja egy – az éghajlatmodellezésről szól – online kurzusból.

Az energiaháztartási diagramon négy piros nyíl felel meg az (átlagos) hosszúhullámú (infravörös) sugárzási fluxusnak. Ezek a következők:

• 398,2 Watt/m2 hosszúhullámú sugárzás, ami a felszínről felfelé áramlik.
• 18,4 Watt/m2 felfelé irányuló sugárzás a hővezetésből, hőáramlásból
• 86,4 Watt/m2 felfelé a párolgásból.
• 340,3 Watt/m2 hosszúhullámú sugárzás, amely a légkörből visszasugárzásként lefelé áramlik.

A hivatalosan erőltetett üvegházhatás szerint a lefelé irányuló visszasugárzás az, ami „csapdába ejti” a hőt a légkörben, és így melegen tartja a Földet.

A jelen ismertetésben csak a fenti első két komponenssel foglalkozunk, tanulmányunkban ugyanis a felfelé irányuló hosszúhullámú sugárzás és a földfelszíni hővezetés / hőáramlás közötti kapcsolatot vizsgáljuk. A fent ismertetett modell szerint a 398,2 W/m2 sugárzási energia a megosztott hőszállítás körülbelül 95,5%-át, a hővezetés / hőáramlás pedig a megosztott hőszállítás körülbelül 4,5%-át teszi ki.

Hogyan mérhetnénk ezt? Tudjuk, hogy a hőenergia szállításának három fő mechanizmusa van: a hővezetés, a hőáramlás és a sugárzás. Olyan kísérletet kell tervezni, amely képes megkülönböztetni a sugárzás okozta hőveszteség arányát a hővezetés és hőáramlás okozta hőveszteséggel szemben. Történetesen létezik egy több mint 100 éve használatos, elterjedt műszer, amely pontosan ezt teszi:

A Pirani-mérőműszer

A modern Pirani-mérőműszert 10^-4 és 760 Torr közötti vákuum mérésére használják, bár léteznek olyan kivitelek, amelyek magasabb, akár 1000 Torrig terjedő nyomás mérésére is képesek. Ezt a készüléket 1906-ban fejlesztette ki Marcello Pirani, a Siemens & Halske cégnél dolgozó német fizikus, és több mint 100 éve számtalan alkalmazásban használják.

A mérőműszer működési elve egyszerű. A mérőtest belsejében van egy izzószál, amelyet felmelegítenek és állandó hőmérsékleten tartanak. Az izzószálba jutó energiát az azon átfolyó áram szabályozza. Az izzószálból négyféleképpen lehet energiát elvezetni:

• hővezetés
• hőáramlás
• sugárzás
• veszteségek (azaz a hő elvezetése az izzószálból a tartószerkezetbe).

A sugárzási és a végveszteségek állandóak, és mérhetők a mérőeszköz belsejében megfelelő vákuum létrehozásával, hogy a hővezetésből és hőáramlásból származó veszteségek elhanyagolhatóak legyenek. Ha a műszerbe gázt vezetnek be, a hőenergia vezetés és hőáramlás útján távozik az izzószálból. Az izzószál hőmérsékletének fenntartásához szükséges bemeneti teljesítmény attól függ, hogy a gázból mennyi energia távozik hővezetés és hőáramlás útján.

Összefoglalva, a Pirani-mérő megmondja, hogy egy állandó hőmérsékleten tartott tárgy (ebben az esetben az izzószál) esetében hogyan változik a sugárzás és a hővezetés / hőáramlás aránya a hőenergia továbbításán belül a gáznyomás függvényében. Mint föntebb említettük, pontosan ez az a mérés, amit keresünk.

Egy tipikus mérőeszköz válaszgörbéje az alábbi ábrán látható. Mindkét illusztráció megtalálható az MKS Instruments által kiadott „Bevezetés a vákuumnyomás mérésébe” című műszaki jegyzetben. Az ábrán látható konkrét mérőműszer egy hőáramlást fölerősítő MKS Instruments Pirani-mérőműszer.

Az ábrán a piros vonal a (konstans) összes sugárzási és végveszteséget jelöli, amely körülbelül 0,4 mW. A kék vonal a csak a gáz miatt fellépő energiaveszteséget, a két végén ellaposodó zöld görbe pedig a teljes veszteséget, azaz az izzószál hőmérsékletének fenntartásához szükséges teljes energiabevitelt mutatja a nyomás függvényében. Atmoszférikus nyomáson, 760 Torron az izzószál hőmérsékletének fenntartásához szükséges teljesítmény 100 mW. Mivel a sugárzási és a végveszteségek 0,4 mW-ot tesznek ki, ez azt jelenti, hogy a gáz általi hőszállítás (hővezetés és hőáramlás összege) 99,6%-os, és csak 0,4%-ot tesznek ki a sugárzási és a végveszteségek. Ez nem meglepő, hiszen minden gázmolekula képes hőt szállítani vezetés és hőáramlás útján, nem csak az a parányi töredék, amely az úgynevezett „üvegházhatású gázokat” alkotja.

[Közzétevő: ehhez képest a pánikkeltő gépezet 80 %-ra, azaz a 0,4 % 200-szorosára taksálja a sugárzás arányát a hőátvitelben.]

Nézzük meg most azt az esetet, amikor a vákuumnyomás 10 Torr, ami körülbelül 33.000 m tengerszint feletti magasságnak felel meg. Ebben az esetben körülbelül 60 mW teljesítményre van szükség az izzószál hőmérsékletének fenntartásához, tehát a gáz hővezetése és hőáramlása még mindig a hőszállítás körülbelül 99,3%-át teszi ki, a sugárzási és a végveszteségek pedig csak 0,7%-ot. A magasság növekedésével a hőátadás egyre nagyobb hányada realizálódik sugárzás útján, és így az atmoszféra legmagasabb rétegeiben végül az összes hő kisugárzással jut a világűrbe. A határpont, ahol a gáz veszteségek (hővezetés és hőáramlás) megegyeznek a sugárzási és a végveszteségekkel, körülbelül 20 milliTorr (0,02 Torr) nyomáson van, ami 76.000 m tengerszint feletti magasságnak felel meg. A Pirani-mérő válasza független a háztól, amelyben van, vagy annak hiányától. Ha egy „csupasz” Pirani-mérőt olyan magasságba vinnénk, ahol a légköri nyomás 10 Torr, a válasz ugyanolyan lenne, mintha egy 10 Torr nyomású vákuumrendszerhez lenne csatlakoztatva. Sokféle méretben és konfigurációban készültek Pirani-mérők, némelyiküknél a sugárzási veszteségek 0,1%-os nagyságrendűek normál légköri nyomáson.[1]

A Pirani-mérőszál a Föld felszínével analóg. A gázmolekulák ütköznek a felszínnel, és energiát vesznek fel, megemelve effektív hőmérsékletüket (hővezetés). A gyorsabban mozgó (melegebb) gázmolekulák ezután felemelkednek a körülötte lévő hűvösebb gázhoz képest, miközben a hűvösebb gáz a felszínre esik, és a ciklus folyamatosan ismétlődik (hőáramlás). Ez lehűti a felszínt, és ezt tökéletesen szemlélteti a Pirani-mérő válaszreakciója. Azok számára, akik vákuumrendszerekben lezajló magas hőmérsékletű folyamatokkal foglalkoztak, ez rögtön érthető, és nyilván mások számára is. A szerző csak találgatni tud arra vonatkozóan, hogy miért nem vették ezt korábban figyelembe. [Közzétevő: Honlapunkon többször utalunk a papírkígyóra, amellyel az általános iskola 3. osztályában demonstrálták, a meleg levegő fölfelé száll, és helyére hideg levegő áramlik.]

Következtetések

A Pirani-mérő módszerrel mérhető a sugárzás és a hővezetés / hőáramlás relatív hozzájárulása a hőátadáshoz gáznemű környezetben a nyomás függvényében. Az alsó légkör (troposzféra + sztratoszféra) szempontjából releváns nyomáson a sugárzás a felfelé irányuló hőszállítás kevesebb mint 1%-át teszi ki. Ez nem cáfolja az említett sugárzás létezését az alsó légkörben, csak kísérletileg bizonyítja, hogy a felfelé irányuló hőszállításban betöltött szerepe jelentéktelen.

A Pirani-mérő működési elvén keresztül bebizonyosodott, hogy a sugárzáson keresztül megvalósuló, felfelé irányuló hőátadás a  jelentéktelen szerepet játszik a felszíntől a felső sztratoszférába irányuló, légköri nyomáson történő hőszállításban. Az üvegházhatás – ha létezik – az alsó légkörben a sugárzáson keresztül történő felfelé irányuló hőszállításon alapul. Ezért az üvegházhatás – ha létezik – jelentéktelen szerepet játszik a hőátadásban és ezen keresztül a légkör energiamérlegében.

A mai éghajlati modellek az e cikk elején látható NASA-diagramon ábrázolt típusú energiaegyensúlyi modelleken alapulnak. A NASA-diagramból, valamint más forrásokból származó hasonló diagramokból világosan kitűnik, hogy e modellek alapvető feltételezése az, hogy a sugárzás az alsó légkörben a felfelé irányuló hőszállítás elsődleges mozgatórugója. Mivel a sugárzás az alsó légkör felfelé irányuló hőszállításának jelentéktelen tényezője, ezek a modellek (AZ ÖSSZES!) téves feltételezésen alapulnak, és ezért érvénytelenek. Végül, mivel a modellek célja általában az ember okozta globális felmelegedés elméletének alátámasztása az üvegházhatás miatt, nincs tudományos bizonyíték az üvegházhatásra vagy az ember okozta globális felmelegedésre.

A Föld által a Napból elnyelt sugárzási energia fénysebességgel érkezik. A Föld a hőáramlás által vezérelt sebességgel veszíti el a hőt egy olyan folyamat során, amelyet „időjárásnak” nevezünk. Az időjárás az a kaotikus folyamat, amelynek során a Föld légköre folyamatosan próbálja elérni a termikus egyensúlyt, de ez soha nem sikerül. A hőáramlás folyamatosan zajlik, de ennek sebessége sokkal lassabb, mint a fénysebesség. Ez azt jelenti, hogy a hőenergia lassabban hagyja el a Földet, mint ahogyan érkezik, és ez az oka annak, hogy a Föld melegebb, mint amit a Stefan-Boltzmann-törvény előre jelez.

---

Függelék

(2023. április 11.)

Hogyan tévedhetett ennyire a „klímatudomány”?

Az üvegházhatáshoz vezető két alapvető feltételezés az, hogy

1) A hőenergia távozása a Föld felszínéről elsősorban a sugárzás útján realizálódik, és

2) A Stefan-Boltzmann-törvény alapján a földfelszín hőmérsékletének 33 K-kal hűvösebbnek kellene lennie, mint amit megfigyelünk.

A Stefan-Boltzmann-törvény (SBL) a feketetestet (amely egy idealizált, a természetben nem létező objektum) a következő jellemzőkkel határozza meg:

• 1, Nulla Kelvin fok hőmérsékletű környezetben, azaz tökéletes vákuumban létezik.
• 2, Egyensúlyban van a környezetével.
• 3, Tökéletes sugárzáselnyelő.

Bizonyos beállításokkal (illesztésekkel), mint például az emisszivitás, az SBL kényelmes eszközt biztosít egy tárgy hőmérsékletének mérésére a kibocsátott sugárzás alapján, még nem ideális környezetben is.[2] Ilyen például a csillagok hőmérsékletének becslése, és az infravörös kamerák használata a „hot spot-ok (forró pontok)” felderítésére. Azonban ne feledjük, hogy csak az „idealizált” fekete test viselkedik szigorúan az SBL szerint.

A Föld és légköre nem felel meg az SBL egyetlen feltételének sem. Ráadásul általánossá vált a fenti 1. feltétel figyelmen kívül hagyása. Ha valaki utánanéz a fekete test definíciójának, gyakran nem említik a 0 K (tökéletes vákuum) feltételre való hivatkozást. Ennek általában nincs sok jelentősége, amikor optikai technikákkal végzett hőmérsékletmérésekről van szó, de rendkívül fontos a hőátadás dinamikájának megértésében, például földi körülmények között.

Az éghajlati modellekben ezt elhanyagolják. Feltételezik, hogy 288 K felszíni hőmérséklet mellett a felszínről felfelé sugárzott teljesítmény 398 Watt/m2 , és hogy ez mind hosszúhullámú IR-sugárzás. Ezt a felfelé irányuló sugárzást „egyensúlyba” kell hozni a „visszasugárzással”, hogy a légkörben „sugárzási egyensúlyt” érjünk el.

Ami a valóságban történik, az egészen más. 288 K hőmérsékleten a fotonáram (nagyvonalúan feltételezve, hogy mindez 15 mikron hullámhosszon történik, hogy maximalizáljuk az aktív IR-fotonok számát) körülbelül 3X10²² foton/sec, m2 . Ez rengeteg foton, és ha a felület tökéletes vákuumban lenne, akkor ez a sugárzási fluxus lenne az egyetlen módja annak, hogy a felület energiát szabadítson fel.

De nekünk légkörünk van. Normál hőmérsékleten és nyomáson a levegőnek van néhány nagyon érdekes tulajdonsága. Sokkal sűrűbb, mint ahogyan azt általában elképzeljük.

Átlagos molekuláris sebessége körülbelül 470 m/sec (1680 km/h, makroszinten szuperszonikus).

Molekuláris ütközési frekvencia (egymás között) kb. 7.000.000.000 ütközés/sec (7 GHz).

Közepes szabad úthossz körülbelül 70 nm (a látható fény hullámhosszának kb. 1/10-e).

Az ideális síkfelülettel való ütközések gyakorisága kb. 3X10²⁷ ütközés/sec, m2

Hogy mindezt perspektívába helyezzük, az utolsó szám igen hasznos. Egy felnőtt ember átlagos felülete körülbelül egy négyzetméter. Ez azt jelenti, hogy minden másodpercben kb. 50 kg levegőmolekula ütközik mindegyikünkkel, átlagosan kb. 1680 km/h sebességgel. Ami még ennél is fontosabb, a 288 K hőmérsékletű fotonfluxust figyelembe véve ez azt jelenti, hogy minden egyes potenciálisan kibocsátott infravörös fotonra körülbelül 100 000 levegőmolekula felszínnel történő ütközése jut. Mivel az ütközésekből származó energiaátadás megváltoztatja a felszíni egyensúlyt azáltal, hogy vezetés útján energiát von el, valószínű, hogy a ténylegesen kibocsátott fotonáram még ennél is kisebb lesz. Ha azt gondolnánk, hogy a sugárzásos átvitel a Föld felfelé irányuló hőátadás elsődleges mechanizmusa a Föld felszínén, az azt jelentené, hogy egyetlen infravörös foton több energiát adna át, mint 100 000 molekuláris ütközés. Ezek a számok tökéletesen sima, sík felületre vonatkoznak. A tényleges felület atomi szinten sokkal nagyobb lehet.

Nyilvánvaló, hogy a Föld felszíne és a légkör közötti határfelület atomi szinten rendkívül kaotikus hely. E függelék perspektívát ad arra, hogy megmagyarázzuk azt, amit a Pirani-mérőmű működésében látunk, ahogyan azt e dolgozat fő részében kifejtjük.

Hivatkozások:
[1] Fabrication of thermal‐based vacuum gauge – Jung – 2014 – Micro & Nano Letters – Wiley Online Library
[2] Emisszivitás: az anyagra jellemző állandó, mely megmutatja, hogy egy felületről kilépő hőmérsékleti  sugárzás hányszorosa az ugyanolyan hőmérsékletű egyensúlyi sugárzásnak. (Forrás: 08_Borbas_Metnap2009.pdf)

Más definíció szerint:

Emisszivitás: A valóságos testek sugárzás kibocsájtó képessége.

A Planck-függvény megadja, hogy egy adott hőmérsékletű test, adott hullámhosszon mekkora teljesítménnyel sugároz. A laboratóriumi mérések szerint egy testnek az adott hullámhosszon kibocsájtott teljesítmények kisebb, mint amit a Planck-függvény szerint várnánk. Az adott hullámhosszon mért és számított teljesítmény hányadosa az  emisszivitás (ε), a sugárzás kibocsájtó képesség. Ennek értéke 0 és 1 közé esik. Ez a mennyiség természetesen hullámhosszfüggő: ε(λ).
Forrás: Földkutatás a világűrből 

A cikk eredetileg a wattsupwiththat.com honlapon jelent meg, eddig 212 hozzászólással, a német fordításhoz eddig 127-en szóltak hozzá.

Fordította, ill. helyenként megjegyzéseket fűzött hozzá:
Király József
okl. vegyészmérnök

 

Tetszett a cikk? Amennyiben igen, fejezze ki tetszését a részünkre nyújtott támogatással 300 Ft értékben. Bankszámlaszámom: – Király József – 10205000-12199224-00000000 (K&H) A közleményben kérjük megadni: klímarealista.