Het kan waarschijnlijk iedereen overkomen. Je leest een eigen stukje en bent uiteindelijk niet tevreden met hetgeen je hebt geschreven. Gelukkig is internet een vluchtig medium en kunnen dergelijke zaken vrij simpel worden opgelost.
Bij mijn vorige blog (Don’t shoot the messenger) werd ik wat overvallen door mijn verkeerde lezing van een stralingsgrafiek en kwam hier niet lekker uit. Uiteindelijk moet ik constateren dat het volstrekt onbegrijpelijk werd wat nu precies het verschil is tussen de traditionele ‘broeikas-theorie’ met haar tegenstraling die wordt veroorzaakt door een toename van het broeikasgas kooldioxide en datgene wat mij voor ogen staat. Hierbij een herkansing, waarbij eerst aandacht voor de traditionele kijk op de zaken (alarmistisch), om dat vervolgens te confronteren met mijn eigen visie op de temperatuur op Aarde.
Klassieke natuurkunde
Elk fysiek object straalt een hoeveelheid energie uit op golflengten die typisch zijn voor de temperatuur van het object: bij hogere temperaturen wordt meer energie uitgestraald met kortere golflengten. Op de pagina ‘klimaatalarm’ is al aangegeven dat de temperatuur op Aarde in eerste instantie wordt bepaald door de (stralings)energie die de Aarde ontvangt van de zon.
De energie die de zon uitstraalt is dus afhankelijk van de temperatuur van de zon. De zon gedraagt zich als een zgn. ‘zwarte straler’ met een temperatuur van ongeveer 5785 K.
De Zon is bijna perfect bolvormig. De diameter over de evenaar en de polen verschillen slechts 10 kilometer. De gemiddelde straal van de Zon bedraagt 696.000 kilometer en dat leidt tot een diameter van 1.392.000 kilometer.
De gemiddelde afstand tussen Aarde en zon is 149 597 870 700 meter. Dit betekent dat de Aarde per vierkante meter 1376 Wm-2 ontvangt. Door de aarde wordt daarvan onderschept de hoeveelheid die gaat door een oppervlakje (cirkel), met een straal gelijk aan die van de aarde. Dus Ea.π.Ra2. Dit wordt echter verdeeld over het hele aardoppervlak 4.π.Ra2, zodat aan de bovenkant van de atmosfeer gemiddeld per vierkante meter 1376/4=349 W ontvangen wordt.
De reflectiviteit van het Aardoppervlak (albedo) is 0,3, zorgt ervoor dat van deze 349 slechts 244 W/m-2 kan worden opgenomen door het aardoppervlak. In een evenwichtstoestand moet de aarde dan ook weer 244 W/m-2 uitstoten, waardoor de gemiddelde temperatuur op Aarde niet meer zou kunnen zijn dan -16,8 oC.
Maar dit is 32 °C lager dan de gemiddelde temperatuur van 15 °C aan het aardoppervlak.
Het is dus de vraag waarom de bovenstaande berekeningen, die zo goed opgaan voor planeten als Mercurius en Mars, ineens niet meer zo goed zijn voor de situatie op Aarde.
Maar de Aarde is niet de enige planeet waar deze berekeningen niet opgaan, ook andere planeten met een flinke atmosfeer, zoals Venus en Jupiter, kampen met dezelfde (en nog veel grotere) afwijkingen. Voor de wetenschappers was het niet moeilijk om tot de conclusie te geraken dat de eigenschappen van de atmosfeer zorgen voor hogere temperaturen.
Nu is het stralingsgedrag van de atmosfeer, van gassen, veel lastiger dan dat van fysieke objecten. Gassen zenden en ontvangen slechts straling van bepaalde golflengtes. Infrarode straling (die wordt uitgezonden door het aardoppervlak) zal bijvoorbeeld niet worden geabsorbeerd door zuurstof en stikstof die verreweg het grootste deel (99,03%) van onze droge atmosfeer uitmaken.
Wel kan deze straling worden geabsorbeerd door de zgn. broeikasgassen. De belangrijkste hiervan zijn waterdamp (gemiddeld 0,25%) en kooldioxide (0,04%). De broeikasgassen absorberen infrarode straling, uitgezonden door het aardoppervlak, atmosfeer en wolken, behalve in een transparant deel van het spectrum, het zogenaamde “atmospheric window”.
Dit lijkt niet veel, maar experimenten en berekeningen hebben uitgewezen dat deze hoeveelheid broeikasgassen voldoende is om alle infrarode straling van het aardoppervlak binnen 30 meter te absorberen. En maakt het dan nog uit of nog meer broeikasgassen ervoor mogelijk voor kunnen zorgen dat de uitgaande straling nog eerder kan worden opgevangen?
Dat maakt volgens de broeikas-theorie wel degelijk uit. Dat komt omdat, zoals Wikipedia al opmerkt, de naam broeikas-effect voor de extra opwarming door broeikasgassen eigenlijk slecht is gekozen:
“De vergelijking tussen een broeikas en het aardse broeikaseffect gaat niet goed op. In een broeikas stijgt de temperatuur ten opzichte van de omgeving. De primaire oorzaak hiervan is dat de lucht in de kas niet wordt ververst (in tegenstelling tot buiten de broeikas).
Het broeikaseffect verwijst echter naar een stralingsval, waarbij broeikasgassen door het in zonlicht opgewarmde aardoppervlak uitgezonden infrarode straling absorberen en gedeeltelijk weer terug naar beneden reflecteren. Het idee dat een daadwerkelijke broeikas op een vergelijkbare manier als stralingsval werkt, doordat gereflecteerd zonlicht in de kas van een langere golflengte is en daardoor wordt tegengehouden door het glas, is onjuist.
R.W. Wood toonde reeds in 1909 met een simpel experiment aan dat dit niet opgaat. Hij gebruikte twee verder identieke kassen, een van glas en de ander van steenzout. De laagfrequente straling die in de stralingsval voor warmteopwekking moet zorgen wordt wel door glas maar niet door steenzout gereflecteerd.
Als de stralingsval-hypothese juist is zou de glazen kas een aanzienlijk hogere temperatuur moeten krijgen. Beide kassen kregen echter vrijwel dezelfde temperatuur, waarmee werd aangetoond dat het “broeikaseffect” in daadwerkelijke broeikassen nauwelijks een rol speelt. De opwarming is hier vooral een gevolg van de geblokkeerde convectie, die normaal de opwarmende lucht naar boven zou afvoeren.
De aardatmosfeer kan haar warmte naar boven toe echter alleen kwijt kan aan het vacuüm van de ruimte en convectie begrenst zich op aarde tot de troposfeer. Warmtestraling is dus de enige vorm van warmteverlies voor de aarde als geheel, en om die reden is de stralingsval waar de naam “broeikaseffect” naar verwijst hier verhoudingsgewijs een veel grotere factor.”
Maar waarom zou het uitmaken dat er meer broeikasgassen in de atmosfeer zijn, als de stralingswarmte al binnen 30 meter kan worden geabsorbeerd door de reeds aanwezige broeikasgassen?
Dit heeft alles te maken met het merkwaardige feit dat verdubbeling van de hoeveelheid kooldioxide er iets merkwaardigs gebeurt. Tijdens laboratorium-proeven is namelijk gebleken dat het absorptiespectrum van kooldioxide in de atmosfeer iets verandert wanneer de concentratie van kooldioxide in de lucht toeneemt (zie onderstaande spectra).
Geef een reactie