Fizyczne wyjaśnienie niemożności zaistnienia tzw. efektu globalnego ocieplenia!

1.Wprowadzenie:

Celem tego artykułu jest dostarczenie opartego na prawach fizyki wyjaśnienia niemożności wystąpienia rzekomego efektu ocieplenia wywołanego przez tzw. "gazy cieplarniane" takie jak CO₂, CH₄, para wodna i inne. Kontrowersja ta jest traktowana jak kwestia wiary:

Przeciwnicy tego twierdzenia powołują się na dawne naturalne zmiany klimatyczne, podczas gdy zwolennicy tego twierdzenia są przekonani, że ostatnie zmiany klimatyczne są spowodowane działalnością przemysłową człowieka.

Poniższa prezentacja ma być łatwo zrozumiała dla szerszej publiczności i dlatego została nieco skrócona. Nie jest to zatem rozprawa naukowa.

2. Wprowadzające w błąd nazewnictwo

Od około trzydziestu lat media głównego nurtu donoszą o istnieniu w atmosferze tak zwanych "gazów cieplarnianych", które rzekomo odbijają promieniowanie cieplne w atmosferze tak jak to się dzieje w prawdziwej szklarni i w ten sposób ogrzewają atmosferę. Nawet ta terminologia została celowo dobrana, jeśli weźmie się pod uwagę funkcję prawdziwej szklarni:

prawdziwa szklarnia jest wykonana ze szklanego korpusu, który jest przezroczysty dla promieniowania widzialnego. Promieniowanie to jest pochłaniane przez glebę na dnie szklarni i emitowane ponownie jako promieniowanie cieplne, które ogrzewa powietrze w szklarni. Bez szklanego korpusu, ogrzane powietrze unosiłoby się do góry poprzez konwekcję.

Konwekcja to regularny proces, który od zawsze reguluje aktywność pogodową naszej planety.

Ze względu na deklinację przychodzącego promieniowania w zależności od szerokości geograficznej i obrotu Ziemi, powstają rotacyjne prądy powietrzne, te same prądy wznoszące które są wykorzystywane przez ptaki i szybowce.

Jeśli te prądy wznoszące są hamowane przez ciało szklane, powietrze w tym ciele szklanym nagrzewa się. Tak zwane "gazy cieplarniane" powinny więc mieć taki sam efekt jak szklane ściany prawdziwej szklarni, co jest oczywiście niemożliwe, ponieważ cząsteczki "gazów cieplarnianych" są częścią powietrza i wznoszą się razem z innymi cząsteczkami powietrza. Nawet jeśli cząsteczki gazów cieplarnianych byłyby stałe w powietrzu (czym nie są), około 400 ppm CO₂ nie byłoby w stanie powstrzymać wszystkich innych cząsteczek powietrza od unoszenia się.

Wyjaśnienie efektu ocieplenia przez tak zwane "gazy cieplarniane" jest nie tylko celowo mylące, ale zaprzecza podstawowym prawom fizyki:

3. Sprzeczność z pierwszą zasadą termodynamiki

(patrz patrz pierwsza zasada termodynamiki)

Pierwsza zasada termodynamiki mówi o zachowaniu energii: energia może być przekształcana z jednej formy w inną, ale nie może być ani stworzona, ani zniszczona. Tak zwany "efekt cieplarniany" jest sprzeczny z tym prawem z dwóch powodów:

a) energia wewnętrzna każdego ciała, a w szczególności gazu, zależy od jego temperatury. Dla gazów idealnych obowiązuje następujący wzór:

E=C*T

gdzie E oznacza energię wewnętrzną, C pojemność cieplną gazu, a T temperaturę bezwzględną (patrz: . energia wewnętrzna)

Powyższy wzór oznacza, że energia wewnętrzna gazu idealnego rośnie wraz z temperaturą. Jeśli temperatura atmosfery wzrasta, to proporcjonalnie wzrasta jej energia wewnętrzna. Pytanie zatem brzmi: skąd bierze się ta dodatkowa energia, dopóki Ziemia pozostaje w równowadze radiacyjnej ze Słońcem (to znaczy, że Ziemia emituje do wszechświata taką samą ilość energii, jaką otrzymuje od Słońca).

b) Zgodnie z prawem promieniowania Stefana-Boltzmanna obowiązuje następujący wzór (patrz Stefan-Boltzmann law of radiation):

P=σ*A*T⁴

gdzie P oznacza energię wypromieniowaną, σ stałą Stefana-Boltzmanna, A powierzchnię ciała, a T temperaturę bezwzględną.

Ważne jest aby zrozumieć, że energia wypromieniowana P jest niezależna od rodzaju ciała, jego składu i rodzaju powierzchni. Prawo Stefana-Boltzmanna jest ważne zarówno dla piekarnika w kuchni, jak i dla słońca czy planety.

Jeśli tak zwane "gazy cieplarniane" spowodują wzrost temperatury atmosfery, to energia wypromieniowana z Ziemi również musi wzrosnąć zgodnie z tym prawem:

Zakładając, że temperatura atmosfery wzrasta o trzy stopnie Celsjusza, co stanowi około jeden procent bezwzględnej temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi, wypromieniowana energia musi wzrosnąć o około cztery procenty (1,01⁴ do czwartej potęgi to około 1,04)!

Pytanie brzmi więc, skąd ma pochodzić ta dodatkowa energia wypromieniowywana przez Ziemię, skoro Ziemia i Słońce są w równowadze radiacyjnej? Czy "gazy cieplarniane" są źródłem tej energii? "Gazy cieplarniane" byłyby wtedy nowym rodzajem perpetuum mobile!

4. "Pomyłka" o 33 stopni Celsjusza

Popularno-naukowe wyjaśnienia efektu globalnego ocieplenia próbują poddać w wątpliwość słuszność prawa Stefana-Boltzmanna:

Argumentacja przebiega następująco:

Tworzy się swoisty bilans promieniowania. Od energii promieniowania przychodzącego odejmuje się te części promieniowania przychodzącego, które są bezpośrednio odbijane (efekt albedo). Zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna temperatura jest obliczana na podstawie zredukowanej energii promieniowania. Wynik wynosi około -18°C.

Załóżmy, że to obliczenie jest ważne do tej pory.



Błąd polega na tym, że wynik -18°C interpretuje się jako temperaturę na poziomie gruntu, która w rzeczywistości wynosi około 15°C. W ten sposób stwierdza się różnicę temperatur wynoszącą 33°C i oświadcza, że różnica ta jest wynikiem efektu cieplarnianego. W rzeczywistości obliczenia te dają średnią temperaturę całej troposfery, która waha się od 15°C do -70°C (tropopauza) (patrz: Troposfera).

Wyliczone -18°C jest więc rozsądną wartością średnią.

W sposób poprawny różnica ta powinna być wyjaśniana przez wzór barometryczny (zobacz Wzór barometryczny barometryczny) i prawa gazowe (zobacz prawa gazowe).

Jak wiadomo, ciśnienie powietrza wzrasta na dole z powodu rosnącego ciężaru słupa powietrza powyżej i na odwrót. Każdy wie, że powietrze staje się niebezpiecznie rzadkie na dużych wysokościach (każdego roku alpiniści umierają w Himalajach z powodu niebezpiecznego niedoboru powietrza).



Prawo gazu doskonałego (patrz Prawa gazowe) mówi, że malejące ciśnienie powietrza daje malejącą temperaturę wraz z wysokością:

P*V=R*T

(P ciśnienie powietrza, V objętość, R uniwersalna stała gazowa, T temperatura bezwzględna)

Każdy, kto kiedykolwiek wspinał się na górski szczyt wie, że temperatura na szczycie jest niższa niż w dolinie.

Dokładne obliczenie tzw. suchego adiabatycznego współczynnika upływu Γ (patrz suchy adiabatyczny współczynnik upływu daje następujący) wynik:

Γ = g/Cp=9,8°C/Km

gdzie g oznacza przyspieszenie grawitacyjne Ziemi, a Cp ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu.

Oznacza to, że tak zwany "efekt cieplarniany" jest tylko błędną interpretacją dobrze znanej zależności fizycznej!

5. Sprzeczność z drugą zasadą termodynamiki

(patrz druga zasadą termodynamiki)

Prawo to mówi, że ciepło zawsze przepływa spontanicznie od ciepłych do zimniejszych ciał, a nigdy odwrotnie, chyba że na system działa zewnętrzna praca.

Każdy zna tę zasadę: piec ogrzewa pomieszczenie poprzez spalanie paliwa tak długo jak piec jest cieplejszy od pomieszczenia. Odwrotna sytuacja nigdy nie została zaobserwowana. Nikt jeszcze nie zaobserwował że bez spalania paliwa piec stał się cieplejszy niż pomieszczenie. Tylko pompa ciepła może pompować ciepło z niższego poziomu temperatury do wyższego, ale do tego potrzebna jest energia.



Przepływ ciepła można porównać do piłki która może się toczyć tylko w dół, ale nie pod górę!

"Efekt cieplarniany" w atmosferze oznaczałby że wyższe, a więc chłodniejsze warstwy powietrza powinny ogrzewać niższe, a więc cieplejsze warstwy powietrza!

Niemożliwość tą tłumaczy się odbijaniem ciepła przez tak zwane "gazy cieplarniane", odbijaniem którego w rzeczywistości nikt nie rozumie.

Oczywiście nasuwa się tu analogia do zdolności chmur do odbijania ciepła. Chmura pary wodnej reprezentuje atmosferyczną warstwę graniczną, która rzeczywiście jest w stanie odbijać ciepło. Jeśli CO₂ występowałby w postaci skoncentrowanej w chmurach, chmury te również byłyby w stanie odbijać ciepło.



W jednorodnym i izotropowym ośrodku, w którym żaden kierunek nie jest preferencyjny, odbicie nie może nastąpić w żadnym określonym kierunku! Dlatego cząsteczki "gazów cieplarnianych" nie mogą odbijać średnio ciepła do ziemi. Każdy kierunek w przestrzeni jest równoważny.

Możliwe są tylko efekty rozpraszania, które nie preferują żadnego kierunku, jak rozpraszanie Rayleigha, dające niebieski kolor nieba.

W rzeczywistości atmosfera nie jest izotropowa i jednorodna ponieważ jej gęstość maleje wraz z wysokością. Zgodnie z "efektem cieplarnianym" wyższe warstwy cieńszego powietrza powinny odbijać ciepło do niższych warstw grubszego powietrza. Oczywiście możliwa jest tylko odwrotna sytuacja: zgodnie z drugą zasadą termodynamiki tylko niższe warstwy grubszego powietrza mogą oddawać ciepło do wyższych warstw cienkiego powietrza (podobnie jak chmura)!

6. Interakcja pomiędzy promieniowaniem cieplnym a cząsteczkami tzw. gazów cieplarnianych

Twierdzenie, że tak zwane "gazy cieplarniane" mogą odbijać ciepło, opiera się na braku zrozumienia, jak promieniowanie cieplne i molekuły mogą oddziaływać na siebie. W rzeczywistości to oddziaływanie powinno być wyjaśniane w następujący sposób:

Rozważmy cząsteczkę CO₂. Cząsteczka ta ma wydłużony kształt. Jej wiązanie chemiczne wynika z faktu, że oba atomy tlenu usuwają dwa elektrony z powłoki atomu węgla, tworząc stabilną drugą zewnętrzną powłokę z 8 elektronami. W drugiej zewnętrznej powłoce atomu węgla nie pozostają żadne elektrony. Dla atomu węgla pozostają tylko dwa elektrony w pierwszej powłoce. Dlatego obie cząsteczki tlenu są dwukrotnie naładowane ujemnie, a cząsteczka węgla jest czterokrotnie naładowana dodatnio, co powoduje silne przyciąganie między atomami. Powstaje elektryczny trójbiegun. Fale elektromagnetyczne o odpowiednich częstotliwościach mogą pobudzić cząsteczkę CO₂ do drgań. Cząsteczka CO₂ może drgać tylko w trzech różnych trybach wibracyjnych: symetrycznym trybie rozciągania, antysymetrycznym trybie rozciągania i trybie zginania (patrz Częstotliwość Własna).



Najprostszym oscylatorem jest wahadło, które może drgać tylko z jedną częstotliwością. Zgodnie z tą zasadą od wieków budowane są zegary wahadłowe. Innym przykładem jest kryształ kwarcu stosowany w zegarach i komputerach. Stymulacja drgań może być dokonywana tylko przez częstotliwość własną. Można to wypróbować na wahadle: tak długo, jak stymulacja następuje z częstotliwością własną wahadła, amplituda drgań staje się coraz większa (rezonans). Jeśli stymulacja odbywa się z inną częstotliwością, oscylacja wahadła będzie utrudniona, a w końcu zatrzymana. Drgania molekuły mogą być zgodnie z opisaną powyżej zasadą stymulowane tylko przez falę elektromagnetyczną o odpowiedniej częstotliwości własnej. Pobudzenie to może nastąpić tylko wtedy, gdy drgania są związane ze zmianą rozkładu ładunku cząsteczki. W przypadku cząsteczki CO₂ nie ma to miejsca dla symetrycznego trybu rozciągania. Dlatego tryb ten nazywany jest nieaktywnym w podczerwieni, ponieważ nie może być stymulowany falą podczerwoną lub promieniowaniem cieplnym nawet o odpowiedniej częstotliwości. Aktywne w podczerwieni są zatem, jeśli chodzi o cząsteczkę CO₂, tylko tryb asymetrycznego rozciągnięcia i tryb zginania. Jeśli drgania są stymulowane, energia pola promieniowania jest pochłaniana (absorpcja). Pochłonięta energia jest przy następnej okazji ponownie wyemitowana z tą samą częstotliwością. W międzyczasie cząsteczka wykonuje wszelkiego rodzaju ruchy, w szczególności rotacje. Dlatego nie można przewidzieć, w którym kierunku podąży ponownie wyemitowana fala. Po niewielkiej odległości ta ponownie wyemitowana fala zostanie pochłonięta przez inną cząsteczkę CO₂, a po chwili ponownie wyemitowana, itd. Po każdej absorpcji i reemisji fala będzie poruszać się w dowolnym innym kierunku. Ponieważ gęstość cząsteczek CO₂ maleje wraz ze wzrostem wysokości, prawdopodobieństwo pochłonięcia fali poruszającej się w górę jest mniejsze niż prawdopodobieństwo pochłonięcia fali poruszającej się w dół. Dlatego fale pochłaniane przez cząsteczki CO₂ będą miały tendencję do przemieszczania się w górę, zgodnie z drugą zasadą termodynamiki.



Opisana powyżej procedura jest mniej lub bardziej hipotetycznym dowodem na to, że promieniowanie absorbowane przez cząsteczki CO₂ musi poruszać się w górę, a nie w dół. W rzeczywistości bardziej dominujący jest inny proces:

Każda cząsteczka powietrza trwale zderza się z inną cząsteczką powietrza. Tak samo dzieje się z cząsteczkami CO₂. Wibracje molekuł mogą być zatem stymulowane przy pomocy tych zderzeń (patrz uwaga poniżej). Oznacza to, że drgania mogą być również z pewnym prawdopodobieństwem stymulowane częstotliwościami promieniowania, które nieznacznie odbiegają od częstotliwości własnej. Dlatego też wokół częstotliwości własnej powstaje niewielkie pasmo częstotliwości, w którym promieniowanie może stymulować określone drgania.

Jednak proces ten działa również w drugą stronę: drgania cząsteczki mogą zostać unicestwione w wyniku zderzenia, a energia drgań zostanie przekształcona w energię kinetyczną całej cząsteczki odpowiadającą częstotliwościom nietypowym dla CO₂. Proces ten prowadzi w istocie do braku pasm częstotliwości specyficznych dla CO₂ w promieniowaniu Ziemi do wszechświata. Ten brak jest często przyjmowany jako dowód na "odbicie" promieniowania związanego z CO₂, ale w rzeczywistości odpowiadająca mu energia jest tylko rozdzielana na inne częstotliwości.

Jakiekolwiek odbijanie promieniowania podczerwonego przez cząsteczki CO₂ jest sprzeczne zarówno z podstawowymi prawami termodynamiki, jak i z prawem promieniowania, prawami, które są wielokrotnie sprawdzone i muszą być zachowane jeśli rozważa się interakcję pomiędzy promieniowaniem a cząsteczkami.

W przeciwieństwie do tych dobrze sprawdzonych praw, nie istnieje ani jeden dowód na efekt cieplarniany cząsteczek takich jak CO₂ lub innych w skali laboratoryjnej. Jedynie symulacje komputerowe są używane do "udowodnienia" tego rzekomego "efektu cieplarnianego", ale te obliczenia dostarczają tylko tych wyników, które programista i jego klient chce uzyskać. Nie ma to nic wspólnego z fizyką.

Uwaga: Zderzenia te mogą też pośrednio wspomagać pobudzanie wibracji poprzez stymulowanie rotacji molekuł. Te rotacje mogą również pomóc w stymulowaniu wibracji molekuł.

7.Eksperymentalne obalenie tzw. efektu cieplarnianego

Tak zwany "efekt cieplarniany" rzekomo spowodowany przez absorpcję promieniowania podczerwonego został obalony już w 1909 roku! Zobacz Eksperyment nad efektem cieplarnianym