Mitä tarkoitetaan kasvihuoneilmiöllä

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Säteilyn kohdatessa kaasumolekyylejä, sopivan aallonpituuden omaava säteily virittää kaasumolekyylejä. Kaasun läpi kulkiessa tietty osa säteilystä häviää, absorboituu. Molekyylien viritys ei kuitenkaan jää pysyväksi, joten viritys purkautuu jossain vaiheessa ja säteily jatkaa matkaansa, mutta nyt satunnaiseen suuntaan. Säteily ei siis häviä mihinkään, vaan sirottuu kaikkiin suuntiin. Sininen taivaan väri on happiatomien absorboimaa samaa sinistä auringon säteilyä, joka viritysten purkautuessa siroaa kaikkiin suuntiin. Siitä syystä maapallo näyttää avaruudesta katsoen siniseltä ja meretkin heijastavat taivaan sinistä väriä.

Silmille näkymätön lämpösäteily siroaa ilmakehässä myös kuten näkyvä valo ja osa siitä karkaa avaruuteen. Maapallo ei voi jäähtyä muuta kuin säteilemällä. Vastaavasti maa lämpiää vain auringon säteilystä (lukuun ottamatta tulivuoren purkauksia ym.).

Väitetään, että vesihöyry ja hiilidioksidi ovat kaasuja jotka absorboivat lämpösäteilyä ja estävät maapalloa jäähtymästä. Tämä ei voi pitää paikkaansa, koska molekyylin virittyminen on kvanttifysiikan ilmiö. Virittävän säteilyn pitää olla tarkalleen sopivaa aallonpituutta, jotta se virittäisi molekyylin. Tästä syystä vesimolekyyli ja hiilidioksidimolekyyli sirottavat vain muutamia tarkoin määrättyjä aallonpituuksia. Muuta aallonpituutta oleva säteily kulkee vapaasti molekyylien ohi. Molemmat kaasut sirottavat vain hyvin pienen osuuden lämpösäteilystä, eivätkä siis vastoin vallalla olevia käsityksiä voi olla kasvihuonekaasuja. Ilmakehän happiatomit sirottavat muutamaa tarkasti määrättyä aallonpituutta, josta johtuu ilmakehän sininen väri, mutta suurin osa auringon näkyvästä säteilystä (valosta) päätyy maan pinnalle saakka.

Pilvissä tilanne on toinen. Pilvet ovat ilmaan kolloidisesti liuennutta vettä, joka myös sirottaa lämpösäteilyn ohella näkyvää valoa. Siksi pilvet ovat värjäytyneet milloin punaiseksi, sinertäviksi tai valkoisiksi riippuen niitä valaisevan valon väristä. Pienissä vesipisaroissa, jota kolloidisesti liuennut vesi on, veden sieppauskyky laajenee käsittämään leveämpiä aallonpituusalueita. Pilvet ovat siten se elementti, joka aiheuttaa kasvihuoneilmiön. Ne palauttavat osan (lämpö)säteilystä takaisin maan pinnalle ja tasaavat suuria lämpötilan vaihteluita yön ja päivän välillä. Pilvien yläpuolella ei ole enää mitään pidättämässä lämpösäteilyä. Siksi ilma jäähtyy nopeasti ylös mentäessä ja 10 km:n korkeudessa on jo -50 astetta.

Kasvihuoneilmiössä vedellä on suurin merkitys pilvien muodostuksen tähden. Jos pilvet lisääntyvät ilmasto lämpiää ja jos pilvet vähenevät ilmasto jäähtyy. Hiilidioksidi ei tiettävästi muodosta pilviä, joten hiilidioksidilla on tuskin mitään osuutta kasvihuoneilmiön muodostumisessa.

Sivut

Kommentit (17)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005

Mikähän tämänkin "valistuspläjäyksen" tarkoitus on? Yleensä on edullista perehtyä tällaisiin aiheisiin hieman syvällisemmin ennen esitelmöintiä, niin ei tule puhuneeksi läpiä päähänsä.

Paco
Kaasun läpi kulkiessa tietty osa säteilystä häviää, absorboituu. Molekyylien viritys ei kuitenkaan jää pysyväksi, joten viritys purkautuu jossain vaiheessa ja säteily jatkaa matkaansa, mutta nyt satunnaiseen suuntaan. Säteily ei siis häviä mihinkään, vaan sirottuu kaikkiin suuntiin.



Osa virityksistä purkautuu säteilemättömien mekanismien kautta (esim. molekyylien törmäyksissä). Niiden energia jää kaasun lämpöenergiaksi.

Silmille näkymätön lämpösäteily siroaa ilmakehässä myös kuten näkyvä valo ja osa siitä karkaa avaruuteen.



Sironta on verrannollinen aallonpituuden neljänteen potenssiin. Pitkäaaltoinen infrapuna ei juuri siroa.

Tämä ei voi pitää paikkaansa, koska molekyylin virittyminen on kvanttifysiikan ilmiö. Virittävän säteilyn pitää olla tarkalleen sopivaa aallonpituutta, jotta se virittäisi molekyylin. Tästä syystä vesimolekyyli ja hiilidioksidimolekyyli sirottavat vain muutamia tarkoin määrättyjä aallonpituuksia.



Erinäisten mekanismien vuoksi molekyylien spektriviivat levenevät, jopa niin että puhutaan vyöspektreistä, joilla on absorptio- tai emissiovöitä yksittäisten aallonpituuksien sijaan. Viivanleveydet riippuvat olosuhteista, yleisille ilmakehän kaasuille löytyy kyllä mitattuja spektejä Googlella.

Molemmat kaasut sirottavat vain hyvin pienen osuuden lämpösäteilystä, eivätkä siis vastoin vallalla olevia käsityksiä voi olla kasvihuonekaasuja.



Oletko ollenkaan perehtynyt mitä tarkoittaa sironta tai absorptio?

Ilmakehän happiatomit sirottavat muutamaa tarkasti määrättyä aallonpituutta, josta johtuu ilmakehän sininen väri, mutta suurin osa auringon näkyvästä säteilystä (valosta) päätyy maan pinnalle saakka.



Rayleighin sironta, joka vastaa taivaan väristä, on laajakaistainen ilmiö, jonka voimakkuus on kääntäen verrannollinen aallonpituuden neljänteen potenssiin.

Hiilidioksidi ei tiettävästi muodosta pilviä, joten hiilidioksidilla on tuskin mitään osuutta kasvihuoneilmiön muodostumisessa.

Nuo yllä olevat karkeat virheet perusfysiikan hallinnassa eivät todellakaan lisää tällaisten väitteiden uskottavuutta.

Vierailija
Neutroni
Mikähän tämänkin "valistuspläjäyksen" tarkoitus on? Yleensä on edullista perehtyä tällaisiin aiheisiin hieman syvällisemmin ennen esitelmöintiä, niin ei tule puhuneeksi läpiä päähänsä.


Tarkoitus oli yksinkertaisesti ilman knoppejaosoittaa, että "kasvihuonekaasut" vesi (kaasuna) ja hiilidioksidi pidättävät niin vähän lämpösäteilyä, ettei sillä ole merkitystä ilmastonlämpiämisen kanssa.
Ole hyvä, selitä tämä selkeämmin.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005
Paco
Tarkoitus oli lyhyesti osoittaa, että "kasvihuonekaasut" vesi (kaasuna) ja hiilidioksidi pidättävät niin vähän lämpösäteilyä, ettei sillä ole merkitystä ilmastonlämpiämisen kanssa. Kun tiedät, niin selitä tämä paremmin.

En minä ole tämän alan asiantuntija. Tiedän kuitenkin sen etten tiedä, silloin on turha yrittää opettaa muita. Käsittääkseni kaasukoostumuksen vaikutus ilmastoon ei edes ole mikään "lyhyesti" osoitettava asia, vaan intensiivisen tutkimuksen alainen aihe, jonka yksityiskohdista tiedemiehetkin ovat toistaiseksi erimielisiä.

Kunhan puutuin tekstissä esiintyneisiin lukuisiin aivan ilmeisiin perusfysiikkaan liittyviin virheisiin, ettei kukaan alkaisi muodostaa mielipiteitään ilmastonmuutoksesta tuollaiseen näennäisfysiikkaan perustuen.

Vierailija

Venus on paljon lämpimämpi kuin Merkurius, vaikka Merkurius on todella paljon lähempänä Aurinkoa.

Venuksen kaasukehä on suurimmaksi osaksi CO2:a. Jos väitteesi pitäisi paikkansa, Venuksen pitäisi olla paljon viileämpi kuin Merkurius.

Leone
Seuraa 
Viestejä4564
Liittynyt16.3.2005
tuc
Venus on paljon lämpimämpi kuin Merkurius, vaikka Merkurius on todella paljon lähempänä Aurinkoa.

Venuksen kaasukehä on suurimmaksi osaksi CO2:a. Jos väitteesi pitäisi paikkansa, Venuksen pitäisi olla paljon viileämpi kuin Merkurius.

Venuksessa taitaa olla ihan reaalinen kasvihuone:

http://fi.wikipedia.org/wiki/Kuva:Venuk ... %C3%A4.png

Siellä tuo rikki- ja fosforihappopisaroista koostuva utukerros näyttää toimivan samoin kuten kasvihuoneen katto. Hiilidioksidilla ei välttämättä ole osaa eikä arpaa.

Vierailija

Kuva on artikkelista:

http://fi.wikipedia.org/wiki/Venus

Jossa sanotaan:

Kaasukehässä on 96,5 % hiilidioksidia, 3,5 % typpeä ja hyvin pieni määrä muita aineita.

...

Korkean hiilidioksidipitoisuuden takia Venuksessa on erittäin voimakas kasvihuoneilmiö, joka nostaa planeetan lämpötilaa noin 450 astetta teoreettista lämpötilaa suuremmaksi.

Vierailija
Neutroni

En minä ole tämän alan asiantuntija. ...

Kunhan puutuin tekstissä esiintyneisiin lukuisiin aivan ilmeisiin perusfysiikkaan liittyviin virheisiin, ettei kukaan alkaisi muodostaa mielipiteitään ilmastonmuutoksesta tuollaiseen näennäisfysiikkaan perustuen.


Niinpä!

Venuksessa on paksuja hiilidioksidipilviä, näissä todella tapahtuu voimakasta säteilyn pidättämistä. Mutta hiilidioksidi ja vesi kaasuna pidättävät vain hyvin kapeilla kaistoilla säteilyä ja tehovaikutus jää mitättömäksi. Siksi kaasut ovat läpinäkyviä myös näkyvässä valossa. Vasta kun kaasussa on (hyvin pieniä) pisaroita sieppauskaistat leviävät ja säteilyn pidättämistä alkaa esiintyä. Vesihöyryä ei näe, koska sieppausta ja siroamista (säteilyn palautumista ja suunnanmuutosta) tapahtuu liian vähän havaittavaksi. Vasta kun höyry alkaa tiivistyä pieniksi pisaroiksi, sitä voi nähdä.
Sama olisi hiilidioksidin suhteen, jos voisimme nähdä lämpösäteilyä. Mikäli ilman vesipisarat ja hiukkaset aiheuttaisivat hiilidioksidin sieppauskaistojen leviämistä tai hiilidioksidi muodostaisi pieniä kiteitä, se lisäisi ilmastonlämpiämistä. Tästä varmaan kerrottaisiin, jos sellaista olisi havaittu.
Vahvaa uskoa ei helposti murreta. Siinä syy miksi ehkä olisi parempi vaieta kuin yrittää selittää asiaa helppotajuisesti.

Vierailija
Paco
..Venuksessa on paksuja hiilidioksidipilviä, näissä todella tapahtuu voimakasta säteilyn pidättämistä. Mutta hiilidioksidi ja vesi kaasuna pidättävät vain hyvin kapeilla kaistoilla säteilyä ja tehovaikutus jää mitättömäksi.

Näillä keskustelupalstoilla ei ole esiintynyt ainuttakaan kirjoittajaa, joka hallitsisi kaasuseosten termodynamiikan kaikkine mausteineen. Käsittääkseni myöskään astronomit eivät ole näissä kysymyksissä erityisen hyvin koulutettuja.

Siinä mielessä keskustelu, esimerkiksi jankutus Venuksesta, saattaa olla melko hedelmätöntä, joskin tietenkin luvallista.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005
Paco
Venuksessa on paksuja hiilidioksidipilviä, näissä todella tapahtuu voimakasta säteilyn pidättämistä.



Venuksessa on rikkihappopilviä hiilidioksidikaasussa.

Mutta hiilidioksidi ja vesi kaasuna pidättävät vain hyvin kapeilla
kaistoilla säteilyä ja tehovaikutus jää mitättömäksi.



Miten perustelet tämän väitteen? Kyllä vähäinenkin absorptio nostaa kaasun lämpötilaa, ja saattaa systeemin ennen pitkää tasapainoon, jossa lämpötila on absorboimatonta kaasua korkeampi. Minun käsittääkseni kvantitatiivisten ennusteiden laatiminen vaatii hieman enemmän töitä, kun käsiä heilutellen todetaan absorption olevan pientä.

Siksi kaasut ovat läpinäkyviä myös näkyvässä valossa.



Mitä tämä vaikuttaa käsillä olevaan tilanteeseen? Infrapuna-alueella molekyyleillä on absorptiokaistoja, johan sen itsekin olet todennut. Ja toisaalta planeetan pinta säteilee termisesti alueella, joka osuu noille kaistoille. Eivät ne niin kapeita ole, että ilman tarkempaa laskua voisit todeta ne merkityksettömiksi.

Sama olisi hiilidioksidin suhteen, jos voisimme nähdä lämpösäteilyä. Mikäli ilman vesipisarat ja hiukkaset aiheuttaisivat hiilidioksidin sieppauskaistojen leviämistä tai hiilidioksidi muodostaisi pieniä kiteitä, se lisäisi ilmastonlämpiämistä. Tästä varmaan kerrottaisiin, jos sellaista olisi havaittu.



Miksi sitten mielestäsi Maan pintalämpötila on parikymmentä astetta korkeampi kuin Kuun pintalämpötila? Jos pidät pilviä oleellisimpana tekijänä, miten huomioit pilvien vaikutuksen albedoon.

Vahvaa uskoa ei helposti murreta. Siinä syy miksi ehkä olisi parempi vaieta kuin yrittää selittää asiaa helppotajuisesti.

Et varmasti voi koskaan vakuttaa ketään fysiikkaa päivääkään opiskellutta sillä, että latelet ensin puolen tusinaa kardinaalivirhettä perusasioista, ja esität sillä perusteella jotain "yksinkertaisia totuuksia". Opiskele itse, niin huomaat pian itsekin, että joka asiaan ei ole yksinkertaisia totuuksia tarjolla.

Vierailija
Neutroni
Paco

Vahvaa uskoa ei helposti murreta. Siinä syy miksi ehkä olisi parempi vaieta kuin yrittää selittää asiaa helppotajuisesti.




Et varmasti voi koskaan vakuttaa ketään fysiikkaa päivääkään opiskellutta sillä, että latelet ensin puolen tusinaa kardinaalivirhettä perusasioista, ja esität sillä perusteella jotain "yksinkertaisia totuuksia". Opiskele itse, niin huomaat pian itsekin, että joka asiaan ei ole yksinkertaisia totuuksia tarjolla.

Myönnän, että tein asiat liian yksinkertaisiksi jopa väärin sanoin. Monimutkaista asiaa ei ole tässä helppo selittää. Mutta sitkeästi vielä vähän ja yhä yksinkertaisemmin:
Voiko erottaa tähden valossa tähden kaasukehän vaikutusta? Ei ilman spektrometriä (instrumentti hajottaa valon eri väreiksi), sillä kovin vähäinen osa tähden valosta pidättyy kaasukehään. Mutta kun katsot yksinkertaisenkin spektrometrin avulla, näkyy tummia viivoja eri värialueilla. Nämä viivat ovat niitä aallonpituuksia, joita tähden kaasukehä pidättää ja sirottaa satunnaisiin suuntiin. Siispä niiden kohdalla tulee vähemmän valoa spektrometrin linssiin ja viivat näkyvät ympäristöä tummempina. Viivoista tähtitieteilijät voivat tutkia tähden kaasukehän koostumusta. Säteilyn kokonaisenergiasta pidättyy vain hitusen viivojen alueella.
Aivan sama tapahtuu lämpösäteilyn alueella. Siksi kaasun, vesihöyryn tai hiilidioksidin, sieppaama energia on mitätöntä verrattuna läpi kulkevaan säteilyyn. Tämä on perusteena, kun sanon, että kaasut eivät ole mukana "kasvihuoneilmiössä".
Pilvet pidättävät (ja heijastavat) säteilyä silmin nähtävästi. Myös veden lämpösäteilyn pidätyskaistat oletettavasti leviävät, kun mukana on pienen pieniä vesipisaroita. Pilvet siis muodostavat lämpöeristeen palauttamalla riittävän määrän lämpösäteilyä takaisin maahan päin. Tämä pitää meillä suotuisat lämpöolot. Pilvet pidättävät myös auringon lämpösäteilyä, joten pilvisellä säällä on viileämpää. Näkyvä valo, joka myös tuo lämpöä, läpäisee paremmin pilvikerroksen, joten pilvisellä säälläkin on valoisaa.
Maailmanlaajuinen kohina hiilidioksidipäästöjen osuudesta ilmastonlämpiämiseen perustunee uskomuksiin.
Kirjoitin tätä sellaisillekin lukijoille, joilla on vain alkeistiedot säteilyfysiikasta, joten älkää tietäväiset loukkaantuko.

Vierailija
Paco
..Siksi kaasun, vesihöyryn tai hiilidioksidin, sieppaama energia on mitätöntä verrattuna läpi kulkevaan säteilyyn. Tämä on perusteena, kun sanon, että kaasut eivät ole mukana "kasvihuoneilmiössä".

Aktiivinen pohdiskelu on aina kannatettavaa. Tässä kaivattaisiin ehkä hieman käsiteanalyysiä, ennenkuin mennään säteilyfysiikan puolelle.

Kasvihuoneilmiöllä viitataan ilmakehään, joka on kaasuseos. Sen tunnetut osakaasut "imevät" korkeataajuisen säteilyn energiaa, jonka sitten siirtävät eri tavoin ympäristöönsä. Näin kaasuseoksen eli ilman lämpö tasoittuu ja hivenen lisääntyy.
Ellei olisi monenlaisia vastakkaiseen suuntaan vaikuttavia fysikaalisia prosesseja, kaasuseos lämpenisi jatkuvasti. Maapallon ilmakehässä on sen verran varastoituneena lämpöä, että sen jäähtyminen kestäisi noin kolme kuukautta sen jälkeen, kun aurinko väännettäisiin pois päältä. (Tämä edellyttäen, että vesimassojen muodostamaa lämpövaraajaa ei olisi lainkaan olemassa.)
Tässä mielessä ilmakehällä on merkitystä myös lämmön varaajana, seikka joka usein unohtuu. Tiedämme, että jäähdytys toimii, koska lämpenemisestä väännetään kättä niin että silmiä särkee lämpömittarin tuijotus. Tarvitaan monenlaisia tilastotieteilijöitä osoittamaan, että keskimäärin yleensä lämpenee.

"Kasvihuoneilmiö" on käsitteellinen metafora, joka lienee lähtöisin Fourierilta. Oikeassa kasvihuoneessa lämpö säilyy paremmin, koska seinät estävät ansarissa tuuletuksen/jäähdytyksen. Lasi päästää auringon lämmittämään.
Maapallon ilmakehässä auringon tuoma lämpö säilyy sen vuoksi, että ilmakehä sekä varaa lämpöä, että jarruttaa sen poispääsyä erilaisten energianmuunnosten yhteydessä tapahtuvien vaihesiirtojen kautta. Jarrutuksen aikaviive on se, mitä leikkisästi sanotaan kasvihuoneilmiöksi.

Itse asiassa kasvihuoneteoreetikot joutuvat puhumaan kahdesta eri kasvihuoneilmiöstä:
Ensinnä on se hyvä, joka takaa meille kohtuullisen lämpimän ilman. Toiseksi on se paha, joka kuulemma tulee kuumentamaan ilman ja panemaan säämekanismit sekaisin.
Hyvä ja pahan välinen lämpötilaero on huippuklimatologian uusimpien päätösten mukaan 2 astetta.
Vuonna 1750 vallitsi hyvä kasvihuoneilmiö, 1970-luvun jälkeen on vallassa paha kasvihuoneilmiö. Jälkimmmäistä olemme ryhtyneet torjumaan EU:n päätöksellä. Tavoitteena ovat vuoden 1750 sääolosuhteet.

Tämä on kasvihuoneilmiön lyhyt oppimäärä.

Vierailija
Jösse

Maapallon ilmakehässä on sen verran varastoituneena lämpöä, että sen jäähtyminen kestäisi noin kolme kuukautta sen jälkeen, kun aurinko väännettäisiin pois päältä. (Tämä edellyttäen, että vesimassojen muodostamaa lämpövaraajaa ei olisi lainkaan olemassa.)

Äkkiä laskettuna ilmakehän massa on 6E18 kg ja lämpökapasiteetti 4,2E15 J/K. Auringon säteilyteho maahan on noin 4E16 J/s. Koska lämpötila pysyy keskimäärin likimain vakiona, jäähtymisteho on myös 4E16 J/s. Kun tämä jaetaan lämpökapasiteetilla saadaan lämpötilan muutokseksi noin 9 K/s, jos aurinko sammuu eikä mikään muu tuo lämpöä ilmakehään. Jäähtyy siis aika nopeasti. Tämä osoittaa kuitenkin vain sen, että ilmakehän lämmön varaamiskyky on hyvin pieni verrattuna auringon säteilytehoon.

Vierailija
Paco
Äkkiä laskettuna ilmakehän massa on 6E18 kg ja lämpökapasiteetti 4,2E15 J/K. ....

Ottamatta sen enempää kantaa lukujen oikeellisuuteen, on tuo lämpökapasiteetti ainakin laskettu väärin, koska se on ominaislämpökapasiteetti kertaa massa, ja ilman ominaislämpökapasiteetti on jotakuinkin 1 kJ/kgK

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat