Is er een experiment om te bewijzen dat CO2 met de atmosfeerconcentratie een broeikaseffect kan hebben?

Question

view on stackexchange narkive permalink

Alle gasmoleculen kunnen stralingsenergie absorberen. $ \ rm {CO} _2 $ heeft veel minder capaciteit om stralingsenergie te absorberen, vergeleken met waterdamp. In de atmosfeer van de aarde vormt $ \ rm {CO} _2 $ momenteel slechts ongeveer 0,04% (400 deeltjes per miljoen) van de atmosfeer. Gemiddeld zijn ongeveer 2 tot 3% van de moleculen in de lucht waterdampmoleculen. In de lucht is het watergehalte ongeveer 50 keer hoger dan $ \ rm {CO} _2 $. Dus het lijkt erop dat de $ \ rm {CO} _2 $ toename van het gehalte in de lucht geen meetbare bijdrage zou moeten hebben aan de opwarming van de aarde. enig experiment om te bewijzen dat $ \ rm {CO} _2 $ met de atmosfeerconcentratie een broeikaseffect kan hebben?

Answer 1

view on stackexchange narkive permalink

Je vraag over waterdamp komt vrij vaak voor onder mensen die leren over het broeikaseffect. Als je eenmaal de relevante verhoudingen van waterdamp en CO ₂ in de atmosfeer ontdekt, is het misschien logisch om aan te nemen dat CO ₂ geen grote rol kan spelen. In werkelijkheid werkt het niet zo, om tenminste een aantal redenen. Laten we eerst eens kijken wat de 98% in de praktijk betekent.

Het gaat niet alleen om de concentratie

De concentratie van een gas in de atmosfeer is niet het enige dat bepaalt het opwarmingsvermogen ervan - anders zou stikstof met een concentratie van 78% het belangrijkste broeikasgas zijn. Elk gas heeft een ander stralingsabsorptiespectrum en een ander opwarmingsvermogen. Dus ondanks zijn veel grotere prevalentie in de atmosfeer, heeft waterdamp slechts ongeveer twee keer zoveel langegolfabsorptiepotentieel als CO ₂ .

Op dit punt denk je misschien 'maar twee keer zoveel is nog veel meer, dus de CO ₂ kan niet significant zijn! '. Maar er is hier nog een andere niet voor de hand liggende factor, die te maken heeft met het verschil tussen terugkoppelingen en forceringen.

Forcings versus feedbacks

In het klimaatsysteem, CO _{2 sub> concentratie is een forcering , terwijl de waterdampconcentratie een feedback is. Om het verschil te illustreren, volgt hier een grove analogie:}

Stel dat ik probeer af te vallen, maar ik aarzel niet om de 300 gram heerlijke chocoladetaart die ik elke dag eet, te verminderen. Nu ik heb gelezen dat het menselijk lichaam voor ongeveer 80% uit water bestaat, concludeer ik dat de cake geen probleem kan zijn: ik drink tenslotte 2 kg water per dag, dus het zou logischer zijn om dat te verminderen! Dus ik reduceer tot 1 kg water per dag en behoud mijn cake-inname. Enkele weken later merk ik tot mijn verbazing dat ik niet ben afgevallen! Wat is er gebeurd? Het blijkt dat het menselijk lichaam het watergehalte regelt, dus het verminderen van mijn inname verminderde mijn output alleen maar. Vetopslag wordt niet op dezelfde manier geregeld, dus de cake blijft zich opstapelen.

Het is een soortgelijk verhaal met CO ₂ en waterdamp: CO _{2 sub> concentratie in de atmosfeer verandert eigenlijk voor een lange tijd (decennia tot centures) als we meer gas vrijkomen. Waterdamp is in feite zelfregulerend. Als we met een toverstaf zouden kunnen zwaaien en onmiddellijk alle waterdamp uit de atmosfeer zouden kunnen verwijderen, zou het volgende gebeuren:}

(bron)

Binnen 50 dagen is de waterdamp weer binnen 1% van waar het zou zijn geweest zonder onze tussenkomst.

Dus als de waterdampconcentratie niet gecontroleerd door input, waar wordt het door gecontroleerd? Temperatuur. Hoe warmer de atmosfeer is, hoe meer waterdamp het kan bevatten. Dit betekent dat wanneer de temperatuur stijgt door verhoogde CO ₂ , het waterdampgehalte ook toeneemt, wat het broeikaseffect nog versterkt. Het fungeert als een positieve feedback.

Aangezien u niet de eerste persoon bent die deze vraag stelt (lang niet altijd), zijn er al een aantal goede bronnen online die specifiek ingaan op de verschillende rollen van waterdamp en CO ₂ bij opwarming van de aarde.

• "Common Climate Misconceptions: The Water Vapor Feedback" is een artikel uit 2008 in de Yale Climate Connections-serie dat min of meer zegt wat ik hierboven heb gezegd, maar in meer detail en zonder de cake-analogie.

• "Waterdamp: feedback of forcing?" is een geweldig essay uit 2005 van Gavin Schmidt waarin de rol van waterdamp in het klimaat wordt uitgelegd verandering.

• "Uitleggen hoe het broeikaseffect van waterdamp werkt" is een kort artikel van Skeptical Science dat zich voornamelijk richt op het positieve feedbackeffect.

Laboratoriummetingen van CO ₂ -absorptie

U lijkt vooral geïnteresseerd te zijn in laboratoriumexperimenten met de absorptie van kooldioxide. Als uitstekend uitgangspunt kan ik de (momenteel) 26 publicaties in AGW Observer's lijst van papers over laboratoriummetingen van CO2-absorptie-eigenschappen aanbevelen. Als je echt graag experimentele bevestiging wilt zien dat CO ₂ nog steeds straling kan absorberen, zelfs bij atmosferische concentraties, kun je (bijvoorbeeld) Taylor en Yates (1957), Yates en Taylor ( 1960), of Streete (1968), die allemaal duidelijk aantonen dat CO ₂ absorptiebanden aanwezig zijn in normale atmosferische lucht.

Even terzijde: persoonlijk vind ik dat de talrijke spectroscopische waarnemingen van de hele atmosferische kolom - van satellieten of grondstations - leveren een meer overtuigende demonstratie van het broeikaseffect. De atmosfeer is tenslotte geen homogene gasfles die getrouw kan worden verkleind tot een laboratoriummonster. Maar je vraag en daaropvolgende opmerkingen geven aan dat je niet geïnteresseerd bent in metingen van de atmosferische kolom zelf, dus hier concentreer ik me alleen op experimenten op grondniveau die de langegolfabsorptie-eigenschappen van CO _{2 sub demonstreren. >.}

Antwoorden op opmerkingen

Als er zo'n positieve feedback bestaat zonder andere negatieve feedback, zal de aarde warmer worden zonder co2-bijdrage.

Ik denk dat je misschien een beetje in de war bent over de definitie van een feedback hier. Zoals ik hierboven heb geprobeerd uit te leggen, betekent de term ‘feedback’ dat het waterdampgehalte wordt bepaald door andere factoren binnen het klimaatsysteem. Het kan de effecten van forceringen versterken, maar het kan op zichzelf het systeem niet op de een of andere manier 'duwen'. Je kunt dus geen positieve feedback krijgen zonder een of andere vorm van forcering: de forcering is precies de input die de feedback 'terugkoppelt' in het systeem, in dit geval via de wereldwijde temperatuurstijging.

Aan Als u het verschil begrijpt, kan het nuttig zijn om na te denken over een andere vorm van feedback die veel mensen kennen: audiofeedback via een elektrische gitaar en een versterkersysteem. Zoals je kunt zien in de gekoppelde video, is er geen geluid totdat de gitarist een akkoord speelt. Maar als hij eenmaal een akkoord speelt, detecteert de gitaarpickup zelf het versterkte geluid en stuurt dit terug naar de versterker, waardoor een lus ontstaat die het geluid voor onbepaalde tijd ondersteunt. Je kunt het beginakkoord zien als analoog aan de CO ₂ -ingang, en de feedbacklus als analoog aan het waterdampeffect: de audiofeedback doet, net als de waterdampfeedback, niets totdat het heeft een eerste input van een andere bron.

Alle co2 die vrijkomt uit fossiele brandstof was in de atmosfeer tijdens de tijd van de dinosauriërs. Als co2 vrijkomt uit alle fossiele brandstof, zal het de status van de tijdatmosfeer van de dinosauriërs herstellen. ... je kunt niet ontkennen dat die co2 in de atmosfeer zat in de geschiedenis van de aarde en aardse dieren en planten bloeiden

Dit heeft niet echt veel te maken met je oorspronkelijke vraag! Als je hierover iets wilt vragen, ga je gang en stel een nieuwe vraag; StackExchange is geen discussiesite en we proberen elke vraag gericht te houden op één onderwerp.

Met dit in gedachten zal ik hier een heel kort antwoord geven . Je formulering is een beetje onnauwkeurig: de leeftijd van de dinosauriërs omvat minstens 135 miljoen jaar, er was veel koolstof begraven voordat het begon, en alle koolstof die momenteel in de grond zit, was niet tegelijkertijd in de atmosfeer. Het is echter waar dat de aarde hogere CO ₂ -niveaus heeft gezien dan nu, en dat veel van die overtollige koolstof nu opgesloten zit in fossiele brandstoffen. Dus wat zou er gebeuren als we veel van die koolstof terug in de atmosfeer zouden stoppen en zouden proberen de hoge CO2-atmosfeer te creëren die bijvoorbeeld T. rex ademde in het late Krijt? Destijds was de aarde een stuk warmer, met weinig of geen ijs aan de polen. Een van de grootste effecten van het opnieuw vrijgeven van al die koolstof is het smelten van onze huidige poolijskappen, waardoor de zeespiegel met enkele tientallen meters stijgt. Het probleem is niet dat de aarde volledig onbewoonbaar zal worden door welke levensvorm dan ook (hoewel veel huidige soorten zullen uitsterven). Het probleem is dat veel soorten, waaronder Homo sapiens , slecht voorbereid zijn op een klimaatverandering van deze omvang. Tien procent van de menselijke wereldbevolking en 8% van het stedelijke landoppervlak bevindt zich in laaggelegen kustgebieden en zou volledig onder water komen te staan ​​door een zeespiegelstijging van 10 meter - wat nog steeds veel minder is dan de zeespiegel die tijdens de leeftijd van de dinosauriërs.

Zeespiegelstijging is slechts een van de vele effecten, maar voorlopig laat ik het hierbij, aangezien (zoals ik hierboven al zei) dit geen verband houdt met je oorspronkelijke vraag .

Als iemand zijn waterinname halveert, wordt hij ziek voordat hij dikker kan worden.

Dit is een beetje perifere vraag, denk ik :-). Als de analogie u niet bevalt, kunt u deze negeren: het is niet essentieel voor de uitleg. Om u echter gerust te stellen: het EPA Exposure Factors Handbook (editie 2011) geeft een gemiddelde waarde van 1043 ml voor de dagelijkse drinkwateropname van een volwassene in de VS. Daarom denk ik niet dat het beperken van de waterinname tot 1 kg per dag, zoals in mijn gedachte-experiment, noodzakelijkerwijs ziekte zou veroorzaken.

---

Referenties

• Streete, JL (1968). Infraroodmetingen van atmosferische transmissie op zeeniveau. Applied optics, 7 (8), 1545-1549.

• Taylor, J. H., & Yates, H. W. (1957). Atmosferische transmissie in het infrarood. JOSA, 47 (3), 223-226.

• Yates, H. W., & Taylor, J. H. (1960). Infraroodtransmissie van de atmosfeer (nr. NRL-5453). Naval Research Lab, Washington DC.

Answer 2

view on stackexchange narkive permalink

Experimenten bewijzen niet noodzakelijk dingen, per se ; en in het bijzonder bewijst een enkel experiment niets - op zijn minst is replicatie van het experiment vereist. Experimenten leveren aanvullend bewijs. Vertrouwen in een hypothese kan ontstaan ​​uit een combinatie van theorie, laboratoriumexperimenten en natuurlijke experimenten.

Onze kennis over het broeikaseffect komt voort uit een combinatie van laboratoriumexperiment en natuurlijk experiment, aangevuld met verschillende theorieën die testbaar en hebben met succes getest.

De eerste onderzoekers en theoretici werkten in de negentiende en vroege tot midden twintigste eeuw: Joseph Fourier, John Tyndall, Svante Arrhenius, Guy Callendar. Misschien wel het meest opvallende is dat het werk van John Tyndall met een thermozuil, die het absorptiespectrum van verschillende gassen meet, de eerste waren die uw vraag het meest direct beantwoordden. Meer recentelijk hebben vorderingen in spectrografische analyse ertoe geleid dat laboratoriumexperimenten kunnen identificeren welke delen van het elektromagnetische spectrum worden geabsorbeerd door $ \ ce {CO2} $, en door hoeveel. Cruciaal is dat er banden zijn met een zeer hoge absorptie door $ \ ce {CO2} $, bij frequenties waar $ \ ce {H2O} $ een veel lagere absorptie heeft:

We hebben dus laboratoriumexperimenten die aantonen dat CO2 met atmosferische concentraties bijdraagt ​​aan het broeikaseffect. Deze experimenten gaan bijna tweehonderd jaar terug, en hoe meer onderzoek we doen, hoe groter de bevestiging die we vinden, zowel van laboratoriumexperimenten, natuurlijke experimenten als bredere theorieën in de natuurkunde en scheikunde.

Answer 3

view on stackexchange narkive permalink

Het korte antwoord op uw vraag is eigenlijk alleen dit: Ja, CO2 veroorzaakt opwarming van de aarde.

Er zijn veel bronnen op internet die dit op ongeveer zoveel details als u kunt verdragen, en wat we hier ook zouden kunnen beantwoorden, komt niet in de buurt van wat anderen al hebben verzameld. Ik stel voor dat je begint op de wikipedia-pagina over de opwarming van de aarde (en in het bijzonder de sectie over broeikasgassen, evenals de wikipedia-pagina over broeikasgassen.

Answer 4

view on stackexchange narkive permalink

Om te zien waarom we geen experiment in laboratoriumomstandigheden kunnen uitvoeren om het broeikaseffect te verifiëren, moeten we eerst bekijken hoe het [nogal slecht genoemde] broeikaseffect werkt:

De aarde bevindt zich (in alle opzichten) in een vacuüm, dus het kan alleen warmte winnen of verliezen via straling. De zon zendt de meeste straling uit op zichtbare en UV-golflengten. De atmosfeer van de aarde is bij deze golflengten redelijk transparant en daarom gaat de straling van de zon er meestal doorheen en raakt het oppervlak. Een deel van deze straling (bepaald door het albedo van de aarde) wordt vanaf het oppervlak weer de ruimte in gereflecteerd, maar de rest wordt geabsorbeerd door het oppervlak, waardoor het oppervlak warm wordt. Het oppervlak verliest warmte door straling in infrarode golflengten. Broeikasgassen absorberen een deel van de IR-straling, waardoor de atmosfeer opwarmt (de broeikasgasmoleculen dragen een deel van deze warmte door botsingen over aan niet-broeikasgassen, maar warmte wordt ook naar boven overgedragen door convectie). De warme atmosfeer straalt een deel van deze energie zowel naar boven de ruimte in als naar beneden terug naar de oppervlakte. Het gedeelte dat naar beneden wordt uitgestraald, wordt ook wel "terugstraling" genoemd (en is direct waarneembaar). De belangrijke factor is nu niet de hoeveelheid uitgaande IR die vanaf het oppervlak wordt geabsorbeerd, maar de hoogte waarop er niet genoeg broeikasgassen boven zijn om de IR die vanaf die laag naar boven wordt uitgestraald te absorberen, zodat het naar de ruimte kan ontsnappen. De verlooptempo betekent dat de temperatuur van de atmosfeer afneemt met toenemende hoogte. Dit betekent dat hoe meer CO ₂ we in de atmosfeer stoppen, hoe hoger deze emitterende laag wordt en hoe kouder het wordt. Omdat de hoeveelheid IR die wordt uitgestraald afhangt van de temperatuur van deze laag, daalt de hoeveelheid IR die van de planeet wordt uitgestraald als deze hoogte toeneemt, wat leidt tot een onbalans in energie, waarbij de planeet meer van de straling van de zon absorbeert dan als IR, en zo warmt de planeet op. Dit gaat door totdat de stralende laag voldoende opwarmt om de uitgaande IR in evenwicht te brengen met de binnenkomende straling van de zon. Dus hoe meer CO ₂ , hoe warmer de gemiddelde oppervlaktetemperatuur, terwijl alle dingen verder gelijk zijn.

Dus om een ​​laboratoriumexperiment te hebben dat het mechanisme van het broeikaseffect zou kunnen repliceren, hebben we een vacuümkamer nodig die groot genoeg is om een ​​vat te bevatten met een luchtkolom die hoog genoeg is om een ​​meetbaar verloop te hebben. Dit is duidelijk onpraktisch. We kunnen experimenten uitvoeren in het laboratorium om de absorptie van IR door broeikasgassen te onderzoeken, en Tyndall deed dit inderdaad meer dan een eeuw geleden, maar we kunnen het broeikaseffect niet experimenteel verifiëren in laboratoriumomstandigheden, net zoals we gravitatielenzen niet experimenteel kunnen aantonen in het laboratorium.

We zouden natuurlijk de bewoners van Magrathea de opdracht kunnen geven om een ​​replica van de aarde te bouwen en daarmee te experimenteren, maar we zouden een vrij groot laboratorium nodig hebben.

Dit betekent niet dat we geen bewijs hebben van het broeikaseffect. Natuurlijk doen we dat, net zoals we bewijs hebben van zwaartekrachtlenzen.

Update - korte beschrijving van het mechanisme van het broeikaseffect uit het uitstekende boek van Spencer Weart, genoemd door @jamesqf:

Wat gebeurt er met infraroodstraling uitgestoten door het aardoppervlak? Terwijl het laag voor laag door de atmosfeer beweegt, wordt er in elke laag iets tegengehouden. (Om precies te zijn: een molecuul koolstofdioxide, waterdamp of een ander broeikasgas absorbeert een beetje energie van de straling. Het molecuul kan de energie in een willekeurige richting weer uitstralen. Of het kan de energie omzetten in snelheid in botsingen met andere luchtmoleculen, zodat de luchtlaag waar hij zit warmer wordt.) De luchtlaag straalt een deel van de geabsorbeerde energie terug naar de grond, en een deel naar boven naar hogere lagen. Naarmate je hoger gaat, wordt de atmosfeer dunner en kouder. Uiteindelijk bereikt de energie een laag die zo dun is dat straling de ruimte in kan ontsnappen.

Wat gebeurt er als we meer kooldioxide toevoegen? In de lagen zo hoog en dun dat veel van de warmtestraling van beneden naar beneden glijdt, Door meer broeikasgas toe te voegen, zal de laag meer van de stralen absorberen. Dus de plaats van waaruit de meeste warmte-energie uiteindelijk de aarde verlaat, zal naar hogere lagen verschuiven. Dat zijn koudere lagen, waardoor ze ook minder warmte uitstralen. De planeet als geheel neemt nu meer energie op dan ze uitstraalt (wat in feite onze huidige situatie is). Terwijl de hogere niveaus een deel van het teveel naar beneden uitstralen, worden alle lagere niveaus tot aan de oppervlakte warm. De onbalans moet doorgaan totdat de hoge niveaus warmer worden en meer energie uitstralen. Zoals in Tyndalls analogie van een dam op een rivier, dwingt de barrière die over de uitgaande straling wordt geworpen, het temperatuurniveau overal eronder te stijgen totdat er voldoende straling naar buiten wordt geduwd om in evenwicht te brengen wat de zon naar binnen stuurt.

Enkele aanvullende bronnen voor Charlie:

• Prof. Ray Pierrehumbert legt het broeikaseffect uit terwijl hij comfortabel op een courdroy-bank zit.
• Prof. Ray Pierrehumbert legt het broeikaseffect uit in een tijdschriftartikel.
• Rasmus Benestad legt het broeikaseffect op pedagogische wijze uit in een tijdschrift.
• Nog wat meer links over het onderwerp.
• Voor sommige modellen met getallen zou Charlie de website van David Archer kunnen proberen, ik denk wat Charlie wil zou een combinatie zijn van het MODTRAN-model en het RRTM-model (ik denk dat het feit dat Prof. Archer ze niet heeft gecombineerd suggereert dat het een nogal niet-triviale oefening zou zijn!).

Answer 5

view on stackexchange narkive permalink

The Faint Young Sun Paradox - hoe broeikasgassen een planeet warm kunnen houden:

Toen de aarde 4,5 miljard jaar geleden werd gevormd, was de zon ongeveer 30% minder lichtgevend dan hij is vandaag en het is sindsdien gestaag toegenomen, gebaseerd op gevestigde modellen van zonne-evolutie. Eenvoudige energiebalansmodellen van de aarde laten zien dat, met een atmosfeer die vergelijkbaar is met die van vandaag, de gemiddelde temperatuur op aarde ver onder het vriespunt zou zijn geweest. Er zijn echter sedimentaire gesteenten van minstens 3,8 miljard jaar geleden die duidelijke tekenen vertonen dat ze in vloeibaar water liggen. Daarom moet iets de planeet in zijn vroege geschiedenis warm hebben gehouden. De boosdoener is $ \ ce {CO_2} $, en waarschijnlijk ook $ \ ce {CH_4} $, die misschien wel 100 keer zo hoog is als nu, en mogelijk veel hoger. Een ander voorbeeld van de kracht van het broeikaseffect van $ \ ce {CO2} $ is Venus, die een atmosfeer heeft die 50 keer zo dicht is als die op aarde en bestaat uit 97% $ \ ce {CO2} $. Oppervlaktetemperaturen bereiken 500 ° C.

Het Kwartair Record - niet-lineaire reacties op zonne-energie:

Deze figuur toont de $ \ delta ^ {18 } \ text {O} $ record van benthische foraminfera bewaard in diepzeesedimentkernen van de afgelopen 1,2 miljoen jaar naast de zonnestraling van 21 juli op de N65 (zomer op het noordelijk halfrond), zoals berekend op basis van hemelmechanica. $ \ delta ^ {18} \ text {O} $ van benthische forams is een goede proxy voor ijskapvolume (hoog $ \ delta ^ {18} \ text {O} $ = hoog ijsvolume, en vice versa) en zo wat we zien is dat het volume van de ijskap over het algemeen goed correleert met de zonne-energie.

Maar , kijk dichterbij en er zijn problemen. Hoewel deglaciaties overeenkomen met toenames in zomerinstraling, is de omvang van de toename niet altijd goed gecorreleerd met de schaal van de deglaciatie. In het bijzonder vertoont de beëindiging van fase V een enorme deglaciatie (een van de grootste in het Kwartair) als reactie op een zeer kleine zonneforcering. Het is duidelijk dat enkele andere factoren het dwangsignaal moeten versterken om de waargenomen veranderingen te produceren. Ten tweede zien we dat in het laatste deel van het Kwartair de belangrijkste periode van glaciaal-interglaciale oscillatie ongeveer 100.000 jaar is. De solarforcing bestaat uit drie componenten, excentriciteit (100.000 en 400.000 jaar perioden), obliquiteit (41.000 jaar periode) en precessie (21.000 jaar periode). Als je elk van de forcings afzonderlijk bekijkt, is de excentriciteitsforcering verreweg de zwakste en toch dominant in het $ \ delta ^ {18} \ text {O} $ record. Hoewel het niet duidelijk is uit deze grafiek (de eerste helft van het Kwartair wordt niet getoond) is er ongeveer 1 miljoen jaar geleden een omschakeling van een dominante ijstijd van 40.000 jaar naar 100.000 jaar en toch is er geen verandering in het broeipatroon . Merk bovendien op dat de zonnestraling tegenwoordig laag is en dat de wereld toch opwarmt.

De volgende afbeelding toont atmosferische $ \ mathrm {CO_2} $ en $ \ mathrm {CH_4} $ records zoals gemeten vanaf Antarctica. ijskernen van de afgelopen 800.000 jaar, naast $ \ delta \ text {D} $ records die een goede proxy zijn voor temperatuur. Er is een zeer goede correlatie tussen $ \ mathrm {CO_2} $ niveaus en temperatuur, en een goede correlatie met $ \ mathrm {CH_4} $ niveaus, vooral bij grote temperatuurstijgingen.

Maar zijn we hier niet eerder geweest?

De onderstaande afbeelding toont het $ \ delta ^ {18} \ text {O} $ -record van de afgelopen 65 miljoen jaar. De temperatuurschaal aan de rechterkant is alleen van toepassing op een ijsvrije wereld (d.w.z. vóór ~ 30 miljoen jaar geleden [ik zal niet ingaan op de redenen waarom, tenzij je bijzonder geïnteresseerd bent]) maar de algemene trend is nog steeds duidelijk. Sinds het Eoceen is er een geleidelijke afkoeling geweest, met enige variabiliteit onderweg. $ \ ce {CO2} $ -niveaus in het Eoceen waren ten minste 1000 ppmv (vergeleken met 280 ppmv voor pre-industriële niveaus en 400 ppmv voor de huidige dag) en dit wordt weerspiegeld in de temperaturen en het gebrek aan ijs.

Je zou dan kunnen zeggen: wat is het probleem om al dat $ \ ce {CO2} $ in de atmosfeer te stoppen? Het belangrijkste probleem is niet de omvang van de verandering, het is de snelheid van de verandering. De veranderingen in $ \ ce {CO2} $ -concentratie in het Eoceen vonden plaats gedurende miljoenen jaren, waardoor de meeste levens de tijd kregen om te evolueren om de veranderende temperaturen het hoofd te bieden. We brengen echter in een tijdsbestek van een paar honderd jaar grote hoeveelheden $ \ ce {CO2} $ in de atmosfeer en dit heeft drastisch andere effecten. De analoog die we het dichtst bij onze huidige situatie hebben, is het Palaeoceen-Eoceen Thermal Maximum. Als je goed naar de grafiek kijkt, zie je een piek in het $ \ delta ^ {18} \ text {O} $ record van 55 miljoen jaar geleden. Dit komt overeen met een snelle opwarming van ongeveer 5-8 ° C en een daaropvolgende afkoeling tot eerdere temperaturen over een periode van ongeveer 200.000 jaar. Hoewel het niet in deze grafiek wordt weergegeven, is er een overeenkomstige dip in het $ \ delta ^ {13} \ text {C} $ record, wat duidt op een grote injectie van koolstof in de atmosfeer, in de vorm van $ \ ce {CO2 } $ en $ \ ce {CH4} $, waardoor de temperatuur snel steeg als gevolg van het broeikaseffect. Dit lijkt erg op wat we vandaag doen, alleen doen we het minstens 20 keer sneller.

Conclusies:

Zonneforcering is een factor die de temperatuur op aarde beïnvloedt, vooral in het recente verleden, maar de reacties zijn in hoge mate niet-lineair, en de forcering alleen is niet voldoende om de waargenomen veranderingen te verklaren. De niveaus $ \ ce {CO2} $ en $ \ ce {CH4} $ in de atmosfeer hangen nauw samen met de temperatuur op aarde en abrupte veranderingen in deze niveaus hebben in het verleden abrupte temperatuurveranderingen veroorzaakt. De hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer is een functie van de temperatuur (verwijs naar het uitstekende antwoord van @ Pont) en is dus geen relevante forcering voor stijgende temperaturen (wolken kunnen inderdaad een licht negatief feedbackeffect hebben omdat ze een zeer hoog albedo hebben).

Answer 6

view on stackexchange narkive permalink

Ik denk dat je kunt zien, omdat je slim genoeg was om de vraag in de eerste plaats te stellen, dat de antwoorden niet voldoende zijn en het grote plaatje negeren.

Er is geen waargenomen of aangetoond broeikaseffect in de echte wereld. Alleen al het gewicht van de atmosfeer geeft een gemiddelde mondiale temperatuur op zeeniveau van 288 graden K of 14,85 C. Dit is eigenlijk een beetje warmer dan de werkelijke mondiale gemiddelde oppervlaktetemperatuur omdat niet het hele oppervlak zich op zeeniveau bevindt. Er is geen extra warmte door het broeikaseffect, en om te weten waarom je je moet verdiepen in thermodynamica en kwantummechanica.

In theorie en door experimenten aangetoond, kan een dipoolmolecuul langgolvige straling absorberen en het laten trillen en roteren, wat bijdraagt ​​aan zijn kinetische energie. Er zijn echter grenzen aan hoeveel energie deze langegolfstraling kan overbrengen naar een molecuul; als het molecuul al een bepaald niveau van translationele kinetische energie heeft, zal langegolfstraling het molecuul niet verder prikkelen. Net zoals je nooit een 100 graden hete plaat zou zien die lucht erboven verhit van meer dan 100 graden, zelfs niet als de kookplaat infraroodstraling blijft uitzenden.

De meeste, vergissen de overgrote meerderheid, van de kinetische energie in lucht is afgeleid van botsingen van gasmoleculen met het door de zon opgewarmde oppervlak en van latente warmte van waterdamp. Het grootste deel van deze energie wordt door moleculaire botsingen door de lagere atmosfeer vertaald en door convectie naar de hogere troposfeer overgebracht.

Dit wordt elke nacht door de natuur aangetoond in droge streken van de planeet. In woestijnen, zoals de Sahara, stijgt de oppervlaktetemperatuur overdag snel. Dat komt omdat er geen warmte-energie wordt omgezet in latente warmte door water te verdampen, het gaat allemaal in kinetische energie die je kunt voelen als temperatuur. 'S Nachts koelen het oppervlak en de lucht snel af, omdat de warmte verticaal in luchtmassa's wordt getransporteerd en vervolgens gemakkelijk hun energie de ruimte in stralen zonder meetbare opwarming van de broeikasgassen. In feite verliest de Sahara-woestijn feitelijk meer energie aan de ruimte dan hij op jaarbasis van de zon ontvangt. Hoe contra-intuïtief dit ook klinkt, het is gemeten door satellieten die al meer dan tien jaar actief zijn. Het klimaat op aarde wordt gedomineerd door water. De warmtecapaciteit en het energieoverdrachtmechanisme van water in zijn drie fasen overweldigt volledig elk effect van langegolfstraling die elektronvolt van energie schenkt om gassen in de atmosfeer op te sporen.

https: //stevengoddard.wordpress. com / 2014/01/25 / ir-expert-spreekt-uit-na-40-jaar-stilte-zijn-de-waterdamp-dom-en-niet-de-co2 /

Of je kunt vermoedens, zwaaiende armen en belangrijke aannames geloven die leiden tot beweringen zoals dat Venus slechts -43 graden F zou zijn zonder het "broeikaseffect".

https://geosci.uchicago.edu/~rtp1/papers/PhysTodayRT2011.pdf

Answer 7

view on stackexchange narkive permalink

Het belangrijkste deel van deze vraag is "Kan CO2 met de ATMOSPHERE CONCENTRATION een broeikaseffect hebben?" Ervan uitgaande dat dit de vraag is: "Kan op de huidige niveaus worden aangetoond dat veranderende niveaus van het broeikasgas CO2 veranderingen in de temperatuur op aarde veroorzaken?" (Ja, het is een broeikasgas,… MAAR).

Het antwoord is NEE. In feite kan het omgekeerde worden aangetoond, en dat "experiment" wordt door astronomen elke keer dat ze IR-metingen doen, beoefend. De IR-golfbanden van CO2 worden al decennia lang volledig geabsorbeerd wanneer ze worden gemeten met op het oppervlak gebaseerde instrumenten. Overal, niet alleen op deze blog, is er veel discussie dat deze IR opnieuw wordt uitgestraald door CO2-moleculen, in alle richtingen, wat waar is.

Niets van deze herstraling kan de aarde echter bereiken omdat het een hogere concentratie, dwz hogere absorptie, tegenkomt in de lagere niveaus. (Merk op dat minder dan 50% terug naar de aarde kan worden gericht, en dit% daalt naarmate de hoogte van de herstraling groter is.) Dit kan men zien aan op het oppervlak gebaseerde instrumenten (meestal in telescopen) die de nultransmissie van CO2 IR-spectra meten . Dit zou niet nul kunnen zijn als het de oppervlakte zou bereiken.

[Er is een langer - te lang voor hier - argument dat wordt gepresenteerd in hoofdstuk een (plus belangrijker nog, het addendum) op mijn site "Planet Earth Climate Topics" @ pjcarson2015.wordpress.com.]