- Onneksi tilanne ei ole niin paha kuin aloituksessa esitetty tutkimus ja siitä kirjoitetut uutiset antavat ymmärtää. Näihin ilmaston "tipping point" (keikahduspiste) - simulaatioihin liittyy toistaiseksi suuria epävarmuustekijöitä johtuen käytettävissä olevan historiallisen tiedon epätarkkuuksista ja pitkän ajan aikasarjoissa olevista aukoista.
Juuri äsken (2.8.2024) julkaisuun tuli Münchenin teknillisestä yliopistosta simulaatioiden virherajoihin liittyvä artikkeli, joka käsittelee mm. AMOC - muutoksen ennustettua ajankohtaa. Tässä sen merkitystä on avattu:
https://phys.org/news/2024-08-day-tomorrow-climate.html
Suora lainaus: "Using different fingerprints and data sets, predicted tipping times for the AMOC ranged from 2050 to 8065 even if the underlying mechanistic assumptions were true."
Tilastodatasta toki nähdään mitkä ilmastoon liittyvät järjestelmät (esimerkiksi AMOC) ovat muuttuneet epästabiilimmiksi aiempaan verrattuna. Tarkkoja ennusteita keikahduksen ajankohdasta ei näillä malleilla ja käytettävissä olevalla datalla kuitenkaan voi vielä esittää.
Tämä tutkimus ei kiistä eikä kumoa keikahduspisteiden olemassaoloa. Se vain muistuttaa siitä, että juuri tämän tyyppisten äkkimuutosten ajankohtien ennustaminen tarkasti ei nykytiedolla onnistu.
Varsinainen tutkimus johon phys.org - uutinen viittaa löytyy täältä mutta vain abstrakti luettavissa, muu maksumuurin takana:
"Uncertainties too large to predict tipping times of major Earth system components from historical data"
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl4841
Saa nähdä löytääkö tämä vähemmän sensaatiomainen tieto koskaan tietään suurelle yleisölle kun se ei anna "oikeaa" signaalia ilmastokeskustelun kannalta. Minun mielestäni silloin kun huomataan ettei jotain asiaa tiedetäkään niin hyvin kuin luultiin, pitää tuo paljastunut epävarmuus tuoda selvästi esille eikä jättää sitä kertomatta. - Nasa on tehnyt tutkimusta korkean hiilidioksidipitoisuuden vaikutuksesta suorituskykyyn. Asialla kun on merkitystä pitkien avaruusmatkojen ja mahdollisen Mars - tukikohdan perustamisen kannalta.
NASA/TM—20205011433
Characterization of How CO2 Level May Impact
Crew Performance Related to the HSIA Risk
Bettina L. Beard
NASA Ames Research Center
https://hsi.arc.nasa.gov/publications/NASA_TM20205011433.pdf
Tuo HSIA risk tarkoittaa siis Human System Integration Architecture risk eli hienompi nimi sille, että ulkopuolisen avun puuttuessa henkilöstö tekee virheitä jotka aiheuttavat tavoitteelle haittaa.
Lyhyesti: "The main goal of the current report is to identify how elevated CO2 impacts the HSIA risk. The approach taken is to trace the relationship between cognitive and motor abilities required for anomaly response with critical mission tasks and the level of technological advancement to support anomaly resolution to identify how elevated CO2 may impact the HSIA risk. The conclusion is that elevated CO2 could exacerbate the HSIA risk. Several research gaps are identified."
Raportin mukaan koholla oleva hengitysilman CO2-pitoisuus voi lisätä HSIA riskiä ja tutkimuksessa selvisi osa-alueita joista tietoa ei vielä ole tarpeeksi. Jos kiinnostaa tarkemmin niin lue raportti (54 sivua). Raportissa viitataan useisiin tutkimuksiin CO2 tasojen vaikutuksesta suorituskykyyn eli tästäkin on hyötyä kirjallisuusviitteitä etsittäessä. Tasot joita tutkimuksissa oli käytetty vaihtelivat 1000 ppm suuruusluokasta 75000ppm (7.5%) kohdalle, joskin nuo suurimpien pitoisuuksien kokeet olivat tietenkin hyvin lyhytkestoisia. Lisäksi
"How acclimatized the study participants are to elevated CO2 was not determined in any of the studies referenced in this report. "
Näissä tutkimuksissa ei siis ollut tietoa siitä, olivatko niihin osallistuneet aiemman historiansa vuoksi olleet pitkään alttiina kohonneille CO2 - tasoille vai ei. - Tämä tutkimus samaan aiheeseen liittyen on vuodelta 2021:
https://www.hsph.harvard.edu/healthybuildings/2021/09/09/impacts-of-indoor-air-quality-on-cognitive-function/
"We also found effects of CO2 (a proxy for ventilation) on cognitive function. For every 500ppm increase, we saw response times 1.4-1.8% slower, and 2.1-2.4% lower throughput
We did not find a lower threshold at which effects from low ventilation are no longer present."
Varsinainen tutkimus on täältä luettavissa kokonaisuudessaan:
"Associations between acute exposures to PM2.5 and carbon dioxide indoors and cognitive function in office workers: a multicountry longitudinal prospective observational study"
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac1bd8
Tuossa artikkelissa on kirjallisuusviitteinä useita samaan aiheeseen liittyviä aiempia tutkimuksia. - Tuosta on nyt oma keskustelunsa.
https://keskustelu.suomi24.fi/t/18548088/hengitysilman-hiilidioksidipitoisuuden-vaikutus-ihmisen-ajattelukykyyn - CO2 - tason nousu hengitysilmassa vaikuttaa ihmisen henkistä suorituskykyä alentavasti havaittavissa olevalla tavalla. Aiheesta on tehty ainakin tämä tutkimus, joka on kokonaisuudessaan luettavissa alla olevasta linkistä:
"Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide, Ventilation, and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers: A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments"
https://ehp.niehs.nih.gov/doi/10.1289/ehp.1510037
Tuossa siis tutkittiin muun muassa CO2 tason (500...1500 ppm) vaikutusta suorituskykyyn. - Näyttää Suomi24:ssä taas olevan ongelmia eli viestit jotka mukamas eivät mene lävitse palvelinvirheen vuoksi tulevatkin sitten näkyviin viiveellä. Tässä nyt kuitenkin viimeisin versio aloituksestani.
- Huomasin tämän ja muistin että aiheesta on palstalla ollut keskustelua.
https://phys.org/news/2021-08-thwaites-glacier-significant-geothermal-beneath.html
Tuossa siis uutta tietoa Thwaitesin alla sijaitsevasta geotermisen lämmön lähteestä alueen geomagneettisen kentän kartoituksen perusteella. Kyseinen lämmön lähde on ollut olemassa miljoonien vuosien ajan eli se koko havaintohistoriamme ajan on vaikuttanut jäätikön virtauksen nopeuteen.
"[...] there is a conspicuously large amount of heat from Earth's interior beneath the ice, which has likely affected the sliding behavior of the ice masses for millions of years. "
"[...] geothermal heat flow of up to 150 milliwatts per square meter can occur beneath Thwaites Glacier. "
Geotermisen lämmön vaikutus jäätikön virtauksen nopeuteen ja sen herkkyyteen ulkoisten olosuhteiden muutoksille (agw) on vielä kysymysmerkki. Jos alueen jäävirrat ovat lämmityksen vuoksi herkemmin liikkuvia kuin esimerkiksi Itä-Antarktiksella niin Thwaitesin virta voi olla aiemmin arvioitua herkempi merellä jäätikön reunassa olevan alueen sulamiselle.
Ennen lähtemistä hurjaan laukkaan voisitte pitää mielessänne sen, että tuo geoterminen lämmön lähde on ollut olemassa koko ajan eikä siis ilmaantunut äskettäin. Se vaikuttaa Thwaitesin jäävirran virtausnopeuteen mutta tuo vaikutuskin on ollut olemassa koko ajan. Geotermisen toiminnan ja lämpötehon ei siis ainakaan tuon tutkimuksen perusteella todettu yhtäkkiä lisääntyneen tai muuttuneen.
Tänään 18.8.2021 Nature Communications earth & geoscience lehden verkkoversiossa julkaistu tutkimusartikkeli löytyy ainakin toistaiseksi kokonaan luettavana tästä:
https://www.nature.com/articles/s43247-021-00242-3
Jos se jatkossa menee maksumuurin taakse niin artikkelia voi yrittää hakea sci-hub - palvelun kautta doi - koodilla 10.1038/s43247-021-00242-3
Vielä toistaiseksi haku tuolla numerolla tuottaa "ei löydy" ilmoituksen. - Lisäsin aiempaan lämpösäteilyn roolia käsittelevään keskusteluun
https://keskustelu.suomi24.fi/t/15441227/energian-siirtyminen-lamposateilyn-avulla#comment-109400553
kaksi viestiä (109400553 ja 109400821) liittyen kaasujen emissiviteettien laskemiseen huoneenlämmössä. - Katsotaan+edellisen+perusteella+miten+kaasun+spektriviivojen+sijainti+vaikuttaa+kaasun+emissiviteettiin+matalassa+lämpötilassa.+Spektriviivojensa+kohdalla+kaasu+voi+paksuna+kerroksena+olla+korkeintaan+yhtä+tehokas+säteilijä+kuin+musta+kappale.+Spektriviivojen+välisellä+aallonpituusalueella+kaasu+ei+säteile+käytännössä+lainkaan.+Tehdään+siis+oletus,+että+kaasu+käyttäytyy+spektriviivojensa+kohdalla+kuten+musta+kappale+(paksu+kerros+kaasua).+Tu+oletus+on+Howellin+oppikirjassa+erään+laskentamenetelmistä+perusteena.
- Lämpösäteilyä voi lähettää kappale tai aine, jolla on nollasta poikkeavaa emissiivisyyttä jollakin aallonpituudella. Mustalla kappaleella emissiivisyys ε on ykkönen kaikilla aallonpituuksilla. Mikään kappale tai aine ei termodynaamisessa tasapainotilassa ollessaan lähetä lämpösäteilyä millään aallonpituudella enempää kuin samassa lämpötilassa oleva musta kappale.
Mustan kappaleen lähettämän lämpösäteilyn intensiteetti U(λ,T) avaruuskulmaa (steradiaania) ja aallonpituutta kohti on Planckin lain mukaan tunnetusti
U(λ,T) = (2hc²/λ⁵)/(exp(hc/λkT)-1),
missä c on valon nopeus, h on Planckin vakio (h=6.62607015×10⁻³⁴ J/Hz), k on Boltzmannin vakio (k=1.38064852×10⁻²³ J/K), T lämpötila kelvineinä ja λ aallonpituus metreinä.
Steradiaani (sr) on avaruuskulman yksikkö ja joka suuntaan katsottu avaruuskulma. Pallon keskipisteeseen joka suunnasta näkyvän pallopinnan avaruuskulma on 4π suuruinen eli noin 12.566 steradiaania.
Tuohon lukuarvot sijoittamalla on helppo nähdä, että huoneenlämpöisen mustan kappaleen emissioteho U ultraviolettialueella on häviävän pieni eli vain UV-alueen tai näkyvän valon emissioviivoja omaavat kaasut eivät pysty säteilemään lämpösäteilyä huoneenlämmössä. Lyhytaaltoisen infrapunan alueella olevistakaan viivoista ei ole merkittävää apua.
Jos summaa (eli integroi) tuon U(λ,T) yli kaikkien aallonpituuksien ja yli koko avaruuskulman saa lopputulokseksi tutun Stefan-Boltzmannin lain eli säteilijän ulospäin näkyvää pinta-alaa kohti mustan kappaleen lähettämän säteilyn intensiteetti on J (wattia per neliömetri)
J = σT⁴, jossa Stefan-Boltzmannin vakio σ on
σ = 2π⁵k⁴/15c²h³ eli likimain 5.670374×10⁻⁸ W/m²K⁴
Wienin siirtymälain mukaan mukaan mustan kappaleen spektrin maksimi-intensiteetti sattuu lämpötilassa T aallonpituudelle λₒ = 0.002898/T jossa T on lämpötila kelvineinä ja λₒ maksimi-intensiteetin aallonpituus metreinä. Kun lämpötila on 293 K niin maksimin aallonpituus on 0.00000989m eli 9.89µm.
Nämä kaikki ovat mustan kappaleen säteilyyn liittyviä asioita, jotka käsitellään yliopistotason oppikirjoissa kirjasta riippuen suppeammin tai laajemmin. - Sopii minulle hyvin. Annoin viesteissäni sinulle lähdeteokset ja sivun tarkkuudella keinot löytää vastaukset itse. Muutkin aiheesta kiinnostuneet voivat halutessaan jatkaa vastailua tai opiskella annettujen viitteiden avulla aiheeseen liittyviä asioita. Tuo Howellin kirjan editio on siis vuodelta 2021 eli varsin ajantasaista tietoa mitä tulee laskentamenetelmiin.
Jostakin syystä johtuen nämä ilmaston ja kaasujen fysiikan keskustelut päättyvät lähes aina samalla tavalla siinä vaiheessa kun kyselijä joutuisi osoittamaan itsekin käyttäneensä aikaa saamaansa materiaaliin tutustumiseen. Ehkäpä kerran vielä joku hämmästyttää minut tekemällä kotitehtävänsä. - Tarkemmin siis tämä nimenomainen kirja:
http://libgen.gs/ads.php?md5=2f08efb42e644e2a40035950f229c669
Linkki tomii aikansa, sen jälkeen kirja etsittävä palvelusta hakusanoilla - Tuossa VDI:n kirjassa on K3 kappaleen lopussa muiden muassa annettu yksi lähdeteos joka käsittelee suoraan lämmön siirtymistä lämpösäteilyn välityksellä:
Howell, Daun, Siegel, Mengüç
Radiation heat transfer
7th edition (2021)
Löytyy Library Genesis palvelusta hakusanalla Radiation heat transfer
Tuon kirjan luku 9 Properties of Participating media, erityisesti kohdasta 9.4 alkaen käsittelee kaasukerroksen emissiivisyyden laskemista ihan esimerkkien tasolle ja numeroarvoihin asti. - Lämmön nettomääräisen siirron teho on tuossa "uunissa" nolla eli kappale säteilee uunin seinille ihan saman määrän energiaa kuin mitä uunin seinät säteilevät takaisin kappaleeseen. Tuon tapauksen käsittelin vuonna 2018 tässä viestissä:
lämmön.nettosiirron.teho
24.10.2018 12:55
https://keskustelu.suomi24.fi/t/15441227/energian-siirtyminen-lamposateilyn-avulla#comment-95375082
Vastaus on tietenkin vain niille, joita kiinnostaa se mitä tuossa oikeasti tapahtuisi. Arkijärki sanoo että broileri ei lämpenisi eikä jäähtyisi ja samaan tulokseen päätyy myös lämpösäteilyn avulla tehty lämmön nettosiirron tehon laskelma. - Kuvassa on hyvin huono resoluutio josta syystä johtuen se on ollut ilmastoon liittyvissä keskusteluissa niin suosittu. Kannattaa katsoa miltä absorptiospektrit ja erityisesti yksittäiset absorptiopiikit oikeasti näyttävät korkealla resoluutiolla katsottuna niin tuo helmojen noususta puhuminen aukeaa paremmin.
Joko olet tutustunut antamiini lähdeteoksiin eli Blundellien oppikirjaan ja tuohon kaukokartoitusta käsittelevään artikkeliin? Niiden lisäksi voisit lukea aiheeseen eli kaasuseosten lähettämään lämpösäteilyyn suoraan liittyvän materiaalin kirjasta
VDI Heat Atlas 2nd ed, tuolta luku K3 Gas Radiation: Radiation from Gas
Mixtures
Kirja löytyy ainakin Library Genesis palvelusta ja tämä linkki toimi hetki sitten:
http://libgen.gs/search.php?req=vdi heat atlas
Kerro kun olet ainakin selannut nuo materiaalit lävitse niin jatketaan sitten keskustelua. - Ohuessa kerroksessa huonosti absorboivaa kaasuseosta emissiivisyys on todennäköisesti luokkaa osakaasujen suhteellinen osuus kertaa komponenttien emissiivisyys. Paksummissa kaasukerroksissa ja suuremmilla pitoisuuksilla tulee vastaan saturaatio. Tiettyä suurempi kerrospaksuus tai emittoivan kaasukomponentin pitoisuus tuottaa tilanteen, jossa paksuuden tai pitoisuuden lisääminen ei enää juurikaan lisää emissioviivojen kohdalla havaittavan säteilyn intensiteettiä tai kerroksen läpi pääsevän säteilyn absorptiota. Pienillä pitoisuuksilla intensiteetti kasvaa pitoisuuden suhteen lineaarisesti ja suurilla pitoisuuksilla kutakuinkin logaritmisesti aletaan lähestyä raja-arvoa jota ei kuitenkaan ylitetä eli emissiivisyys on korkeintaan ykkösen suuruinen.
Hiilidioksidilla ja vedellä on tiettyjen aallonpituuksien kohdalla tilanne jo tuo eli joko täysin tai osittain saturoitunut absorptio/emissio. Kun emissioviivat ovat kampamaisia rakenteita joissa yksittäisten piikkien väleissä on piikin keskikohtaa paljon matalammat leveälle ulottuvat "helmat" niin pitoisuuden kasvattaminen paitsi lisää absorption/emission voimakkuutta niin se myös leventää aallonpituusaluetta, jolla absorptiota ja emissiota tapahtuu. Pitoisuuden nostaminen nostaa helmat näkyviin. - Typpi NTP-tilassa emittoi vain UV-alueen säteilyä absorptioviivojensa aallonpituuksilla. Koska NTP musta kappale ei käytännössä ollenkaan lähetä UV - säteilyä niin puhdas 20-asteinen N2 typpikään ei emittoi juuri mitään säteilyä.
- Kuten jo todettu aiemmin: Jos kaasuseoksessa ei ole kasvihuonekaasuja niin se ei kylmänä (NTP) pysty emittoimaan eikä absorboimaan pitkäaaltoisen infrapunan alueella fotoneja. Tuollaisen kaasuseoksen emissiivisyys on siis varsin tarkkaan nolla tuolla aallonpituusalueella. Kaasu vaihtaa tuolloin energiaa ympäristönsä kanssa vain molekyylien törmäysten välityksellä (kineettinen kaasuteoria).
NTP - olosuhteissa mustan kappaleen spektri olisi käytännössä kokonaan pitkäaaltoisella infrapunalla, joten kasvihuonekaasuton 20⁰C lämpötilassa oleva kaasuseos ei käytännössä lähetä eikä vastaanota lämpösäteilyä. Termisessä tasapainotilassa olevan kaasun lähettämä lämpösäteily on samassa lämpötilassa olevan mustan kappaleen spektri niiltä osin, kun kaasulla on jollakin aallonpituudella emissiivisyyttä. Jos emissiivisyyttä ei mustan kappaleen spektrin aallonpituuksilla ole niin termistä säteilyä ei yksinkertaisesti lähde ollenkaan.
Jokaisen termisessä tasapainossa olevan kappaleen tai kaasun millä tahansa aallonpituudella lähettämän lämpösäteilyn teho on korkeintaan yhtä suuri (emissiivisyys ε = 1) mutta yleensä pienempi (ε < 1) kuin mitä samassa lämpötilassa oleva musta kappale lähettäisi. Lasereissa aine ei ole termisessä tasapainossa vaan niissä on tarkoituksellisesti energiaa tuomalla (pumppaamalla) tuotettu populaatioinversio. - Ylöspäin pois Auringon suunnasta päiväsaikaan suunnattu IR-lämpömittari kertoo sen kuinka paljon ilmakehässä sattuu olemaan vesihöyryä tai tiivistynyttä vettä. Kuivan ilman tapauksessa mittari näyttää helposti useita kymmeniä asteita pakkasta ylöspäin suunnattuna kun taas pienikin utukerros nostaa lämpötilan nollan paikkeille.
- Jos maapallon ilmakehä olisi vain pölytöntä typpeä niin se ei lähettäisi säteilyä avaruuteen muutoin kuin Auringon hiukkassäteilyn ja UV:n ionisoiman ylimmän kerroksen ja Auringon UV-säteilyn ionisoimien molekyylien osalta. Hapettomassa ilmakehässä jopa UV-C pääsisi alas asti.
Typpi ei maagisesti alkaisi säteillä pitkäaaltoista lämpösäteilyä tuolloinkaan.