Om å gjøre jordoverflaten varmere ved atmosfærisk 'tilbakestråling'

[Okular]

Jeg velger å legge denne rekka med vgd-innlegg ut her som en litt mer oversiktlig og sammenhengende referanse for min egen del, men også for andre som måtte være interessert. Diskusjonen har foregått over tre tråder i det siste, den siste så jeg meg nødt til å starte selv.

I og med at dette ikke er skrevet i sammenheng, men er utdrag fra en løpende og ofte hastig vekslende diskusjon (med motsvar innimellom som jeg stort sett ikke har tatt med, kun et par unntak), så vil man kanskje oppleve en del poenger gjentatt vel mange ganger og temahoppene litt tilfeldige.

Men jeg synes de gjentatte poengene er verdt gjentakelsen, for de er viktige å få hamret inn, både blant oss skeptikere og blant folk flest (alarmistene og nikkedukkene er nok langt på vei en tapt sak allerede).

Distinksjonen mellom VARME og ENERGI ligger ved kjernen til hele AGW-hysteriet, og benektelsen av denne distinksjonen sitter usedvanlig dypt hos tilhengerne av 'den radiative drivhuseffekten' og hypotesen om den menneskeskapte forsterkningen av den.

I deres hode, overføres energi, overføres varme, ferdig med det. Energi overført fra ett legeme til et annet, uansett hvilken temperatur de to har, vil føre til oppvarming. Uansett.

Det synes helt umulig å få dem til å innse at dette bryter fundamentalt med alt som heter termodynamikk (og kvantefysikk).

Vel, here goes ...

[Okular]

Atmosfærens effekt på jordas overflatetemperatur fungerer faktisk som et drivhus.

Den via overflaten oppvarmede luften, altså det luftlaget som ligger aller nærmest overflaten og som følgelig er i direkte konduktiv/termisk kontakt med den, vil ikke i adekvat grad kunne unnslippe overflaten ved oppdrift (konveksjon) før nok energi/varme er akkumulert der (og følgelig en høy nok temperatur er oppnådd) til at atmosfærens tyngende masse kan overkommes av oppdriftstendensen. Jo tyngre atmosfære, jo høyere må dette temperaturnivået bli for å oppnå balanse mellom den innkommende solinnstrålingen og den konvektive avkjølingen av overflaten.

Slik kan en altså si at atmosfærens masse 'holder den oppvarmede luften ved overflaten innestengt'.

'Drivhuseffekten' er som en kan se faktisk et svært treffende navn på en atmosfæres påvirkning av en planets overflatetemperatur. Den er bare ikke begrensende på radiativ avkjøling. Den er begrensende på konduktiv/konvektiv avkjøling.

Akkurat som et ekte drivhus.

Et drivhus øker temperaturen ved å hindre fri konveksjon. Det samme gjør atmosfæren. Bare at et drivhus gjør det ved å blokkere den oppvarmede luftas unnslippelse ved hjelp av glassplater, atmosfæren gjør det ved sin pure masse tyngende på overflaten.

Allerede Fourier bommet jo i tolkningen sin av De Saussures 'drivhus'-eksperiment. Han tolket oppvarmingen som et resultat av 'fanget' varmestråling, og skjønte ikke at det snarere var snakk om 'fanget' luft (konveksjon).

Med 'konveksjon' inkluderer jeg selvsagt 'fordampning', som jo også er en mekanisme som søker å frakte akkumulert varme ved overflaten vekk og opp i luftlagene. Det er jo bare å tenke 'trykkoker-prinsippet' eller at vann koker ved lavere temperatur høyt til fjells enn ved havnivå. En tyngre atmosfære innebærer større trykk ved overflaten. Vannets gasstrykk må altså overgå det atmosfæriske trykket før det kan fordampe adekvat. Jo større atmosfærisk trykk, jo høyere må vannets temperatur bli før dets damptrykk overgår det atmosfæriske.


   - - -
Det kan jo påpekes her som en artig kuriositet, for å vise hvor stor effekt jordas atmosfære har på overflatetemperaturen vår jevnført med månens:

Månen har lavere albedo enn jorda (0,13 mot 0,3). Dessuten absorberer vår atmosfære ytterligere 31% av solinnstrålingen som kommer inn ved toppen av atmosfæren før den når overflaten.

Dette medfører at jordas globale overflate i snitt mottar en strålingsfluks fra sola på ~165 W/m², mens månens overflate mottar ~300 W/m². Like fullt er jordoverflatens globale snittemperatur 15 grader, mens månens tilsvarende er -75.

Så selv om månens overflate mottar og absorberer en global snittfluks fra sola som er cirka 80% større enn den jordas overflate mottar og absorberer, så er jordas overflate omtrent 90 grader varmere enn månens!

Litt av en atmosfæreeffekt, det!
   - - -


Et avgjørende poeng: Så snart vi plasserer et sort- eller grålegeme i et medium (som luft), så mister strålingen sin plass som viktigste overflateavkjøler (i vakuum er den den eneste). Da overtar konveksjonen i suveren stil.

Det vil si, så sant ikke legemet er svært varmt. Energifluksen ved stråling øker med T⁴ (eksponentielt, i fjerde potens), mens den kun øker lineært (T) ved konveksjon.

Ved temperatur +15C er konveksjonen sterkt rådende. Ved rødglødende kan man mer eller mindre se bort i fra det konvektive avkjølingsbidraget.

[Okular]

De såkalte drivhusgasser er gode å ha for sin evne til å effektivt transmittere varmeenergi i form av stråling fra jordsystemet og ut til verdensrommet. Dette foregår helt fra overflaten og opp gjennom hele atmosfæren, i troposfæren nærmest eksklusivt ved H₂O:



De har imidlertid selvsagt ingenting med oppvarmingen av jordas overflate å gjøre.

IR'en blir absorbert av de absorberende gassene og går inn i atmosfærens 'fond' (eller kontinuerlige, men dynamiske lager) av kinetisk energi. Den bidrar med andre ord til oppvarmingen av atmosfæren, men denne er selvsagt avhengig av at overflaten er varmet opp først (av sola), fordi det jo er herfra IR'en kommer fra i utgangspunktet.

Atmosfæren har en temperatur tett knyttet til overflatens, primært drevet av konveksjon. Den følger den slavisk, bare med større amplituder:



Alle legemer med en temperatur over 0 K utstråler IR i alle retninger. Men varmestrålingen fra et kaldere legeme (atmosfæren) kan aldri gjøre et varmere legeme (jordas overflate) enda varmere. Den kan i jordsystemets tilfelle heller ikke begrense jordoverflatens radiative avkjølingsrate til verdensrommet. En varmere troposfære (som funksjon av en varmere overflate) vil stråle ut mer IR både ned mot overflaten og ut mot verdensrommet. Atmosfærens radiative impedans på overflatens varmestråling er derfor i praksis lik null og i hvert fall ikke positiv.

[Okular]

For det første, varmestrålingen reflekteres ikke fra atmosfæren og ned mot overflaten. Den absorberes og sendes ut (emitteres), også nedover, fra en atmosfære som er varm, primært varmet opp og holdt varm av overflaten selv, via konvektive prosesser, især overføring av latent varme:



Stråling som reflekteres av et legeme/en flate overfører ingen varme til legemet/flaten, og beholder derfor sin energi/intensitet/frekvens. Absorbert stråling, derimot, blir omgjort til varme (i en gass, økt kinetisk energi) og dette innebærer overføring av energi. Intensiteten/frekvensen til strålingen som så sendes ut igjen som resultat av den hevede temperaturen, vil følgelig være lavere enn hos den innkommende. Et 'tap' i overgangen. Dette gjelder solas kortbølger kontra jordoverflatens IR, og det gjelder jordoverflatens IR kontra atmosfærens IR.

Stort sett all IR fra overflaten som blir absorbert i atmosfæren blir til kinetisk energi; den rekker stort sett aldri å bli reemittert fra det absorberende molekylet før dette molekylet kolliderer med et annet gassmolekyl (stort sett N₂ og O₂) og slik overfører sin nyvunne kinetiske energi.

IR'en som stråler ned fra atmosfæren til overflaten er således bare i ytterst liten grad direkte reemittert fra 'drivhusgassene' (H₂O, CO₂ osv.) selv, men er rett og slett varmestråling som funksjon av atmosfærens kinetiske energinivå (temperatur). IR'en utstråles altså i all hovedsak av luftlagene som en enhetlig termisk masse.

Det er derfor man vil kunne se jordiske utstrålingssprektre som dette:



IR blir absorbert av CO₂ i 15μm-båndet (667 cm^-1), blir overført som kinetisk energi til resten av lufta (stort sett N₂ og O₂) og stråles ut som varmestråling ved andre frekvenser, til syvende og sist nesten alt gjennom det atmosfæriske vinduet:



Et slikt spektrum viser ikke hvor mye eller hvor lite av IR'en fra overflaten som unnslipper til verdensrommet, men i hvilke frekvensbånd den unnslipper og ikke unnslipper (transmissiviteten). Hvor mye IR som egentlig unnslipper jordsystemet til enhver tid måles ved TOA ('top of atmosphere') i form av OLR ('outgoing longwave radiation'). Denne vil stige naturlig som respons på økt jordisk temperatur. Ingen stråling 'holdes igjen'. Atmosfæren isolerer ikke jordas overflate radiativt, men konduktivt/konvektivt.

CO₂ 'tvinger' simpelthen IR'en til å stråles ut i andre deler av spekteret. Til syvende og sist vil dette si 'det atmosfæriske vinduet'.

Men atmosfæren ('drivhusgassene') begrenser ikke på noen måte unnslippelsen av varmestrålingen fra jordas overflate til verdensrommet. Den bremser ikke overflatens avkjølingsrate ved 'tilbakestråling'. Og den varmer den i hvert fall ikke opp direkte.

[Okular]

Men atmosfæren ('drivhusgassene') begrenser ikke på noen måte unnslippelsen av varmestrålingen fra jordas overflate til verdensrommet. Den bremser ikke overflatens avkjølingsrate ved 'tilbakestråling'. Og den varmer den i hvert fall ikke opp direkte.

"Men hvordan kan de ikke gjøre det, når de absorberer strålinga, overfører (størstedelen av) den til andre omkringliggende molekyler som så emitterer deler av den tilbake til jordoverflaten? Dette er jo stråling som hadde vært på vei ut til verdensrommet hadde det ikke vært for klimagassene!"

Jeg skjønner at dette kan virke ulogisk og kontraintuitivt, men det enkle svaret er faktisk at de (altså 'drivhusgassene') også emitterer oppover.
La meg forklare. (Dersom mesteparten her virker forvirrende eller uoversiktlig, les i det minste delen til sist (under * * *).)

Sett at vi hadde to jordkloder. De var helt like på alle måter, kun med det unntaket at den ene ikke hadde noen absorptive/emissive gasser i atmosfæren der den andre hadde det.

Vi ser på frigivelsen av energi fra overflaten av disse to jordklodene til verdensrommet, altså gjennom atmosfæren. Vi setter konvektive prosesser til side for øyeblikket og konsentrerer oss om de radiative.

På jorda uten absorptive/emissive gasser i atmosfæren vil varmen absorbert ved overflaten stråles som IR direkte ut til verdensrommet, ingen atmosfærisk innblanding eller avskjæring.

På jorda med slike gasser i atmosfæren (vår jord) vil deler av varmestrålingen fra overflaten absorberes i atmosfæren, den blir altså avskjært på sin vei opp i luftlagene og ut mot verdensrommet. Dette innebærer altså at noe varme overføres fra overflaten til atmosfæren. Dette skjer ikke på den andre jorda.

Vi kan nå følge varmestrømmen fra overflate til verdensrom på de to jordklodene.

For jorda uten absorptive/emissive gasser (Jord 1) har vi:

Q = 1

Q: overflatens varmetap/avkjølingsrate (overflate->verdensrom)

For jorda med (Jord 2) har vi:

Q = Q' + Q'' = 1

Q: overflatens varmetap/avkjølingsrate (overflate->)
Q': varmeoverføringstakt overflate->atmosfære
Q'': varmeoverføringstakt atmosfære->verdensrom

Q = 0,5Q + 0,5Q = 1

Hva ser vi? Q er den samme for de to jordklodene, overflaten avkjøles altså like raskt på begge, men det endelige varmetapet til verdensrommet (Q'') for Jord 2 er bare halvparten av det tilsvarende for Jord 1 (Q). Dette skyldes at den resterende halvparten går til å varme opp atmosfæren hos Jord 2. Dette skjer ikke hos Jord 1.

Den absorptive/emissive atmosfæren på Jord 2 kan altså ikke bremse overflatens avkjølingstakt. Det den gjør er å halvere det radiative varmetapet for jordsystemet som helhet til verdensrommet.

Men her kommer selvfølgelig de konvektive prosessene inn. På Jord 1 kan ikke konveksjonen overføre varme fra jordoverflaten til verdensrommet. Den er der, den er i full operasjon, men dens nettooverføring er lik 0. På Jord 2, derimot, fører konvektive prosesser kontinuerlig varme fra overflaten til toppen av atmosfæren. Herfra stråles så varmen ut til verdensrommet. Konveksjonen frakter med andre ord den varmen som strålingen ikke får/tar med seg i andre former gjennom hele atmosfæren og opp til toppen av den. Slik vokser Q'' til 1 allikevel og balansen mellom innkommende og utgående opprettholdes.

Mulig alt dette var mer forvirrende enn oppklarende. The take-home message er imidlertid dette:

Q = Q' + Q''. Reduserer vi Q', øker vi samtidig Q''.

Hvorfor? Hvordan?

Q' er netto energiutveksling ved varmestråling (IR) mellom overflate og atmosfære, altså varmeoverføringen. Ifølge Stephens et al. 2012 er denne på cirka 398 – 345 = 53 W/m² (egentlig enda en del mindre, fordi en god del av dette alltid vil gå uhindret fra overflaten ut i verdensrommet gjennom det atmosfæriske vinduet).

Dersom vi øker innholdet av 'drivhusgasser' som CO₂ i atmosfæren, vil mer av IR'en fra overflaten kunne absorberes. En atmosfære som absorberer IR emitterer også IR - mer absorbert, mer emittert. Så da vil tallet 345 i likningen over isolert sett kunne øke (mer IR ned fra atmosfæren), slik at nettoverdien, altså Q' (53) blir mindre.

Men en atmosfære som emitterer mer IR ned, emitterer også mer IR opp. Følgelig kommer vi tilbake til det første jeg sa i dette innlegget: "(...) det enkle svaret er faktisk at de (altså 'drivhusgassene') også emitterer oppover."

Den atmosfæriske emitteringen oppover tilsvarer til syvende og sist Q''. Ved toppen av atmosfæren møter ikke denne lenger 'tilbakestråling' ovenfra, så netto tilsvarer brutto. Når bruttoen øker, øker altså nettoen, altså varmetapet atmosfære->verdensrom.

Q = Q' + Q''.

Q' er blitt mindre, si 0,4, fordi emitteringen nedover har økt (netto ned har minsket). Da har Q'' økt tilsvarende, til 0,6, fordi emitteringen oppover også har økt (netto opp har steget). Og vi har fortsatt Q = 1. Ergo, atmosfæren utøver ingen radiativ impedans på jordoverflatens varmetap/avkjølingstakt og følgelig ingen strålingsbasert innflytelse på dens temperatur.

                                           * * *

Dersom dette fortsatt virker forvirrende, så kan en tenke på jorda og atmosfæren som henholdsvis en planet med en konstant intern energikilde til overflaten (analogt til den konstante input'en fra sola) og et absorptivt/emissivt tynt, tynt 'skall' liggende tett rundt planeten. Imellom planetens overflate og skallet er det vakuum. Det er for å kunne se bort ifra konvektive prosesser. Alt foregår ved stråling. Utenfor skallet er verdensrommets vakuum ved hypotetisk potensiell temperatur 0 K (for å kunne ignorere innkommende stråling herfra).

Planeten stråler jevnt ut 400 W/m² til alle kanter (isotropisk) - tilsvarer en temperatur på 290K. Fluksen treffer og absorberes i sin helhet av skallet rundt. Skallet stråler så ut 200 W/m² fra sin indre overflate (mot planeten) og 200 W/m² fra sin ytre overflate (mot verdensrommet) og antar følgelig en temperatur (ifølge Stefan-Boltzmann-likningen) på 244K. Vi har full balanse energimessig. Skallet mottar 400 W/m² på sin indre overflate, 0 W/m² på sin ytre, og stråler 200 W/m² ut fra begge (skallet har samme temperatur gjennom hele, en god approksimasjon så lenge det er tynt nok og/eller ikke besitter konduktiv resistans).

Skallet stråler nå 200 W/m² mot planeten. 'Tilbakestråling'. Hvorfor har dette ingen effekt på planetens temperatur? Hvorfor hoper ikke energien kontinuerlig tilført planetens overflate fra den interne energikilden seg opp?

Fordi energien hele tida har et sted å gå.

Før skallet kom på plass gikk hele fluksen direkte fra planetens overflate til verdensrommet. Med skallet på plass, går den ene halvparten av fluksen til å opprettholde skallets temperatur mens den andre går ut til verdensrommet, gjennom skallets ytre overflate. Men hele fluksen er fortsatt fullt i stand til å forlate planetens overflate uhindret. Skallet yter med andre ord 0 impedans på planetens varmetap/avkjølingstakt:

Q = Q' + Q'' (for definisjon, se lenger opp).

400 = (400 – 200) + 200. Leddet (400 - 200) beskriver netto varmeoverføringstakt planet->skall, iberegnet 'tilbakestrålingen' fra skallet (200).
Hadde vi skullet isolere planeten radiativt (altså ikke med vanlig konduktiv/konvektiv isolasjon) enda bedre, så måtte vi ha gjort skallet reflektivt. Det vil si, det ville måtte sende tilbake en del av innkommende fluks fra planeten uten å absorbere den. Merk altså at dette IKKE tilsvarer det vi normalt omtaler som 'tilbakestråling' som skyldes varme grunnet absorpsjon.

Dersom skallet reflekterte f.eks. 200 av de 400 W/m² fra planeten rett tilbake, ville regnestykket se slik ut:

(400 – 200 – 100) + 100 = 200. Leddet (400 – 200 – 100) beskriver netto varmeoverføringstakt planet->skall, iberegnet den reflekterte fluksen (200) og 'tilbakestrålingen' fra skallet (100). Legg merke til at et reflektivt skall ikke ville kunne stråle ut like mye verken innover eller utover som et absorptivt, og at det av samme grunn ikke kan bli like varmt - 100 W/m² -> 205K.

- - -


Vi gjentar:

Planeten mottar en konstant fluks på 400 W/m² fra sin interne varmekilde. Den får følgelig en S-B-temperatur på 290K. Den sender så denne fluksen ut (for å balansere innkommende) mot skallet. Skallet mottar altså 400 W/m² fra planeten, absorberer hele fluksen, antar en temperatur på 244K og stråler ut både ut og inn - 200 W/m² hver vei.

Dette gir en varmeoverføringslikning som ser slik ut:

Q = Q' + Q''

400 = (400 - 200) + 200 = 400

-200 er 'tilbakestrålingen' fra skall til planet. +200 er skallets (og systemets) utstråling til verdensrommet.

Det eneste skallet gjør er å kutte systemets utstrålingsfluks i to. Det gjør ikke planeten varmere enn når det ikke hadde skall rundt seg.
Grunnen til at systemets varmetap nå kun er halvparten av hva det var tidligere uten at planeten varmes opp, er at skallet ikke yter noen impedans på planetens radiative fluks fra overflaten. Halvparten av de 400 W/m² går med på å opprettholde skallets temperatur (det trengtes ikke uten skallet), halvparten går ut til verdensrommet. Én varmekilde varmer nå opp to legemer snarere enn ett. Mer av energien blir følgelig i systemet, fordi det nå kontinuerlig utføres ekstra termodynamisk arbeid. Derfor trenger ikke output'en fra systemet som helhet til omgivelsene å være like stor som før for å holde energibalansen.


Det hele er altså egentlig veldig enkelt.

Det eneste en trenger å ha i tankene er at det kun er planeten som varmer systemet planet/skall. Fordi varmekilden ligger inni planeten. Alle de 400 W/m² 'tilhører'/kommer strengt tatt fra planeten. De møter simpelthen skallet på sin vei.

Vi må rett og slett følge fluksen som stråles ut fra overflaten av planeten og se hvor den havner.

Før skallet kommer på plass, går hele fluksen selvsagt rett ut i verdensrommet. Output'en til den interne energikilden (tilsvarende 400 W/m²) går rett og slett med til å varme opp planetens overflate til 290K slik at den i sin tur kan emittere 400 W/m² ut som varmetap.

Hva skjer så med den utgående fluksen fra planeten når skallet kommer på plass? Den kan ikke lenger gå direkte til verdensrommet, fordi skallet er IR-absorberende, det absorberer hele fluksen den mottar og varmes opp som følge. Dette er cluet. Skallet varmes opp av planeten. Varmekilden inni planeten opprettholder nå to legemers temperatur, ikke bare ett. Der har du grunnen til den halverte fluksen ut for systemet som helhet. Resten går inn i ekstra termodynamisk 'arbeid' innad i systemet.

Men la oss følge de 400 W/m² fra planetens overflate. Ved balanse går 400 - 200 = 200 av dem med til å varme opp skallet og 200 med til å avkjøle det. 200 inn, 200 ut, derimellom varmes skallet til 244K, og slik opprettholdes temperaturen - balanse.

Men husk, hele fluksen kommer egentlig fra planeten. Av de 400 W/m², går 200 med til å varme skallet, 200 til å avkjøle det. Alt unnslipper planeten.

Det er ikke vanskeligere enn det. Når Q' minsker, øker Q'' tilsvarende. Og Q holdes stabil. Det er alt.

[Okular]

En kan ikke sammenlikne stråling direkte med konduksjon/konveksjon når det kommer til varmeoverføring. Da vil det fort kunne bære galt av sted.

Man kan ikke bare addere (eller subtrahere) 'tilbakestrålingsfluksen' fra et lavspektrumslegeme til den utgående fluksen fra et høyspektrumslegeme, det kaldere legemets varmekilde i utgangspunktet. Det er fristende, jeg vet, og føles kanskje nærliggende og selvfølgelig. Men det funker bare ikke sånn. Det blir det samme som å si at det varme legemet kan gjøre seg selv varmere ved sin egen utstråling. Det går ikke. Det skjer ikke. Dette er kvantefysikk på mikronivå, termodynamikk på makronivå. Ikke aritmetikk.

Jevnfør med konveksjon, dersom luft til stede. Før teppet kommer på plass, forsvinner lufta oppvarmet av kroppen fritt opp og vekk, ut til omgivelsene. Med teppet på plass, hva skjer så? Teppet sender ikke 'tilbakekonveksjon' mot kroppen, slik at man kan legge den til (eller trekke den fra) 'utoverkonveksjonen' fra kroppen. Det er ikke slik teppet isolerer. Det isolerer rett og slett ved å nekte lufta å fjerne varme fritt fra kroppen og ut til omgivelsene. Det stabiliserer lufta. Den blir stillestående. Varmen fra kroppen ledes til de nærmeste luftmolekylene som så forsøker å konvekteres vekk, men de slipper ikke unna, så varmen hoper seg opp - i luftlaget mellom kropp og teppet, og følgelig også inntil overflaten til kroppen og til teppet.

Det samme kan ikke skje i et vakuum. Varme kan ikke hope seg opp i et vakuum. Fotoner er ikke varme. Fotoner er ikke massive legemer på samme måte som luftmolekyler.

Energien i fotonene må hope seg opp i et legeme kaldere enn kroppen hvor de kom fra. Dette legemet er teppet. Ved balanse har teppet nådd en temperatur som kan opprettholdes av fluksen fra kroppen samtidig som det avkjøles adekvat til omgivelsene.
Ingenting av dette (radiative) gjør kroppen varmere enn det var uten teppe.

[Okular]

Husk bare dette, alltid: Varme kun går én vei - fra varmt til kaldt. Og varme er alltid energi, men energi er ikke alltid varme. Varme er energi overført fra et varmt til et kaldt legeme.

Et legeme varmet av en konstant energikilde som produserer en overflatetemperatur til å avgi et 290K-BB-spektrum til omgivelsene, får ikke sin molekylvibrasjon, sitt kinetiske energinivå, sine utstrålte fotoners frekvens (energiinnhold) amplifisert ved å motta stråling utenfra med et 244K-BB-spektrum. Om den så skulle bli absorbert og reemittert aldri så mye (det er fortsatt et usikkerhetsmoment i kvantefysikken i hvilken grad dette overhodet skjer og eventuelt hvordan) så har den uansett, åssen man enn vrir og vender på det, ingen effekt på det varme legemets temperatur. Fordi den ikke tilfører energi på et intensitetsnivå som ikke allerede er der og tilføres fra varmekilden. Bare stråling fra et legeme varmere enn det varme legemet kan det.

Det som endres er Q', varmeoverføringstakten fra det varme legemet til det kalde. Men det er noe ganske annet. Et legeme i vakuum (som altså kun mister varme gjennom stråling) som tilføres en konstant effektfluks (W) fra en energikilde, vil ikke kjøles ned. Det vil holde sin faste temperatur. Det er her hele misforståelsen åpenbart opprinner. Man resonnerer som så:

'Atmosfæren er varmere enn verdensrommet. Derfor stråler det mer IR ned fra atmosfæren mot jordoverflaten enn fra verdensrommet. Derfor blir overflaten varmere under atmosfæren enn under verdensrommet.'

Eller sagt på en annen måte:

'Fordi overflaten kjøles mer ned under en atmosfære som er 0 grader enn under en atmosfære som er 20, så gjør IR'en fra atmosfæren overflaten varmere når atmosfæren er 20 grader enn når den er 0.'

Det er logikken.

Men hør her.

Et legeme med konstant energitilførsel til overflaten og omgitt av kaldere omgivelser vil selvsagt holde konstant temperatur, kun basert på effektfluksen den får tilført fra varmekilden sin. Dette gjelder om omgivelsene er 1K, 10K eller 100K kaldere enn det varme legemet. Selv om Q' er mye større i det siste tilfellet enn i det første. Det er kun når vi slår av den faste varmetilførselen at omgivelsene vil få en effekt, og da på avkjølingstakten til det varme legemet.


Ifølge Trenberth & Kiehl m.fl. har jordoverflaten en mer eller mindre konstant global temperatur og mottar samtidig en mer eller mindre konstant input fra sola.

Med utgangspunkt i denne tilnærmelsen til jordsystemet og dets energi-/varmebudsjett, så kan vi se hvordan atmosfæren IKKE bremser IR'ens unnslippelse fra jordas overflate ved å ty til modellen med planet + absorberende gasskall med vakuum imellom. Da har vi ganske enkelt:

Q = Q' + Q''

Q: totalt radiativt varmetap fra overflaten (tilsvarer input'en)
Q': varmeoverføring overflate/atmosfære
Q'': varmeoverføring atmosfære/verdensrom

Minsker Q', øker Q''. Og Q forblir stabil. Dette har vi vært gjennom.

Med andre ord, putter vi mer CO2 eller vanndamp i atmosfæren, stråler den like mye mer opp som ned, faktisk (rent geometrisk og densitetsmessig) litt mer OPP. IR'en fra overflaten blir absorbert og termalisert ved kollisjoner og stråler ut både nedover og oppover.

Ja, teoretisk og isolert sett skulle mer av såkalte 'drivhusgasser' i atmosfæren kunne gjøre atmosfæren noe varmere relativt til overflaten (vi ser det dog ikke skje, noe som helt åpenbart skyldes de konvektive prosessene). Men (!), de ville aldri likevel kunne gjøre overflaten selv noe varmere. Fordi atmosfæren fortsatt ville fått sin varme fra overflaten og fortsatt ville ha tatt halvparten til seg selv og strålt den andre halvparten ut til verdensrommet, akkurat som før. Null radiativ impedans.

Og så klart fordi et kaldere legeme ikke kan gjøre et varmere legeme varmere enn det allerede er. Punktum.


Men T&K-tilnærmelsen er jo ikke tilfelle i virkeligheten. Jordoverflaten har ingen fast/jevn tilførsel av energi fra sola. Input'en fra sola er der kun på dagsida. På nattsida er null og niks. Ergo, dagsida varmes til enhver tid opp, nattsida kjøles til enhver tid ned.

Når jordoverflaten kjøles ned, så kjøles den ned, bare i større eller mindre grad. Den varmes ikke opp. Ja, den avkjøles fortere dersom den ligger under en atmosfære som er 0 grader enn under en atmosfære som er 20. Men den avkjøles åkkesom. Atmosfæren tilfører ingen varme til overflaten før den faktisk er varmere enn overflaten. Og det er den bare i ytterst sjeldne og lokale/regionale tilfeller. Forskjellen ligger i Q'.

Om dagen, derimot, varmes jordoverflaten opp. Av hva? Av sola selvfølgelig. Hvorfor? Fordi sola er varmere enn jordoverflaten. Den er en varmekilde til overflaten. Overflaten er i sin tur en varmekilde for atmosfæren, og varmer den følgelig opp.


Ok, kan dere si da. Men dersom atmosfæren er varmere, kjøles overflaten saktere ned over natta og da vil dagoppvarminga starte fra et høyere nivå enn før.


   - - -
Brems litt nå. Hvorfor er atmosfæren 'varmere'? Fordi den absorberer varme. Hvorfra? Fra jordas overflate. Og ...? Fra sola.

Hvor stor del av varmefluksen som når jorda fra sola 'frarøver' jordas atmosfære overflaten? 240 W/m² trenger inn ved TOA. Kun 165 W/m² når overflaten. 75 W/m² er absorbert på veien. Hvor stor varmefluks forlater jordoverflaten? 165 W/m². Hvor stor er den ved TOA? 240 W/m².

Sammenlikn disse tallene med månens. Hadde månen hatt jordas albedo, ville 240 W/m² i snitt blitt absorbert av den globale overflaten, og 240 W/m² ville ha unnslippet den. Mot altså 165 og 165 for jordas overflate.

Som en kan se, vår atmosfære legger beslag på varme både på veien inn og ut. På samme måte som atmosfæren vår gjør at nettene på jorda ikke blir så kalde som på månen, gjør den at dagene våre ikke blir så hete.
   - - -


Varmestråling er et RESULTAT av temperatur. Ikke en ÅRSAK til temperatur. IR'en fra atmosfæren øker ikke før atmosfæren er blitt varmere. Og atmosfæren blir i praksis ikke varmere før overflaten er blitt det først. Atmosfæren følger overflaten temmelig slavisk. Som seg hør og bør. Den er tett sammenkoblet med overflaten rent konvektivt.

Det er ikke atmosfærens termiske stråling som bestemmer jordas overflatetemperatur.

[Okular]

Vi må nesten snakke VARME kontra TERMISK ENERGI, for dette ligger virkelig ved kjernen av hele den termodynamiske (og kvantefysiske) misforståelsen som AGW-forfekterne gjør sitt beste med å prakke på oss.

Science of Doom sier i sin bloggartikkel fra juli 2010, "The Amazing Case of 'Back Radiation', Part Three", bl.a. følgende:

"[The First Law of Thermodynamics] says that energy is conserved – it can't be created or destroyed. What this means is that if a surface absorbs radiation it must have an effect on the temperature – compared with the situation where radiation was not absorbed.

There's no alternative – energy can't be absorbed and just disappear."

Denne argumentasjonen høres jo unektelig kjent ut.

Videre sier han:

"Therefore, if your current belief is that radiation from a colder atmosphere cannot 'change the temperature' of the hotter surface then you have to believe that all of the radiation from the atmosphere is reflected."

Ja, slik presterer han faktisk å framstille det. Men hva sier han egentlig med disse to utsagnene?

Det første: Absorbert energi MÅ ha en effekt på temperaturen til det absorberende legemet, og da skjønner vi jo at det er snakk om en forhøynet temperatur (sammenliknet med om energien IKKE var blitt absorbert). Dette siste her slenger han på for å skape et inntrykk av troverdighet i argumentet, for det er pga. denne klausulen at termodynamikkens 2. lov liksom ikke blir brutt. For hva han sier i forkant er jo egentlig nok. Han sier i essens at absorbert energi fører til forhøynet temperatur åkkesom (om det er jevnført med et fravær av den samme energien, så betyr jo det bare at 'litt energi absorbert - litt varmere', 'mer energi absorbert - enda varmere').

Se på det første sitatet over en gang til. Det at absorbert energi MÅ føre til forhøynet temperatur i det absorberende legemet uansett er en fullstendig non sequitur fra utgangspunktet, hva termodynamikkens 1. lov strengt tatt sier.

Det er basert på dette MÅ-utsagnet at han så kan mene seg å si, med det andre utsagnet, at dersom man ikke kjøper ideen om at tilbakestråling fra et kaldere legeme kan høyne temperaturen (altså tilføre varme, for det er jo det det til syvende og sist innebærer, det kommer man liksom ikke unna; se definisjonene om litt) til et varmere, så MÅ man tro at tilbakestrålingen reflekteres. Har du hørt slikt sprøyt?!

Det er i denne forbindelse vi er nødt til å dykke ned i terminologien og definisjonen av de faktiske fysiske fenomenene han omtaler. For han mikser og blander dem sammen helt etter eget forgodtbefinnende, for å male det bildet av situasjonen han ønsker.

[Okular]

Nå skal jeg sitere fra Wikipedia. Man må gjerne hevde at jeg burde ha henvist til mer autoritative (og objektive) kilder. Men artikkelen er basert på autoritative referanser. Og definisjonene er faktisk temmelig allmenngyldige.

Artikkelen er under headingen 'Thermal energy'.

Jeg siterer utdrag og kommenterer underveis hvis det synes på sin plass:

"Thermal energy is the part of the total potential energy and kinetic energy of an object or sample of matter that results in the system temperature. This quantity may be difficult to determine or even meaningless unless the system has attained its temperature only through warming [...]"

Hvordan varmes så et objekt opp? Av et objekt varmere eller kaldere enn det? Hvor har det gjeldende legemet 'fått' sin temperatur fra og følgelig sitt innhold av termisk energi?

"Microscopically, the thermal energy may include both the kinetic energy and potential energy of a system's constituent particles, which may be atoms, molecules, electrons, or particles in plasmas. It originates from the individually random, or disordered, motion of particles in a large ensemble, as [a] consequence of absorbing heat."

Dette er interessant. Den termiske energien et legeme huser har det fått via absorpsjon av varme. Slik har det blitt varmet opp til gjeldende nivå/temperatur.

"In ideal monatomic gases, thermal energy is entirely kinetic energy. In other substances, in cases where some of thermal energy is stored in atomic vibration, this vibrational part of the thermal energy is stored equally partitioned between potential energy of atomic vibration, and kinetic energy of atomic vibration."

Wikipedia-artikkelen anser det åpenbart så viktig å presisere distinksjonen mellom termisk energi og varme at den faktisk har to avsnitt/deler som omhandler den spesifikt. Det kan ikke være mye tvil om at grunnen til dette rett og slett er den utbredte og stadige forvirringen og sammenblandingen vi ser av disse begrepene/fenomenene, dette også av personer som uttalt prøver å påpeke at de faktisk skiller mellom dem, men som når det kommer til stykket like fullt bruker dem om hverandre, bare fordekt (bevisst eller ubevisst).

'THERMAL ENERGY' VS. 'HEAT'

"Heat, in the strict use in physics, is characteristic only of a process, i.e. it is absorbed or produced as an energy exchange, always as a result of a temperature difference. Heat is thermal energy in the process of transfer or conversion across a boundary of one region of matter to another, as a result of a temperature difference."

"Matter does not contain heat, but rather thermal energy [...]"

Og så kommer det:

"When two thermodynamic systems with different temperatures are brought into diathermic contact, they spontaneously exchange energy as heat, which is a transfer of thermal energy from the system of higher temperature to the colder system."

Denne siste kan ikke poengteres for ofte. For den synes aldri å synke inn. På overflaten, ja. Man hevder å skjønne det. Men i virkeligheten, nei. For de går imot den igjen ved første anledning.


Vi fortsetter litt til før vi oppsummerer:

DISTINCTION OF THERMAL ENERGY AND HEAT

"In thermodynamics, heat must always be defined as energy in exchange between two systems, or a single system and its surroundings. According to the zeroth law of thermodynamics, heat is exchanged between thermodynamic systems in thermal contact only if their temperatures are different [...]"

"If heat traverses the boundary in direction into [a] system, the internal energy change is considered to be a positive quantity, while exiting the system, it is negative."

"In contrast to heat, thermal energy exists on both sides of a boundary. It is the statistical mean of the microscopic fluctuations of the kinetic energy of the systems' particles, and it is the source and the effect of the transfer of heat across a system boundary. Statistically, thermal energy is always exchanged between systems, even when the temperatures on both sides is the same, i.e. the systems are in thermal equilibrium. However, at equilibrium, the net exchange of thermal energy is zero, and therefore there is no heat."

Med andre ord, den termiske energien i det varme legemet er kilden til varmeoverføringen, mens den termiske energien i det kalde legemet er effekten av den samme varmeoverføringen.

"A change in thermal energy induced in a system is the product of the change in entropy and the temperature of the system."

"Rather than being itself the thermal energy involved in a transfer, heat is sometimes also understood as the process of that transfer, i.e. heat functions as a verb."

Ergo, et legeme kan bare sies å varmes opp, å få tilført varme (samt hva det innebærer av temperaturendringer i legemet), dersom det faktisk tilegner seg termisk energi (fra et varmere legeme). Et varmere legeme kjøles derimot ned mot et kaldere, det mister varme (med hva det innebærer av temperaturendringer i legemet).

[Okular]

Ok, nå kan vi ta tak i Science of Dooms litt sleipe forbehold eller klausul - absorbert energi MÅ føre til en forhøyning av det absorberende legemets temperatur, sammenliknet med om energien IKKE ble absorbert.

Men med utgangspunktet i hva vi har lest og fått definert nå, tenk litt over dette scenariet:

Overflaten av et legeme holder en temperatur på 290K. Den stråler følgelig et 290K-BB-spektrum i en jevn fluks ut til sine omgivelser (vakuum, ~0 K) på 400 W/m². Legemet er blitt varmet opp til denne temperaturen og har oppnådd et korresponderende innhold av termisk energi som følge av positiv varmeoverføring fra en fjern, men langt varmere kilde (si 5800K, som sola). Fra denne varmekilden lander på legemets overflate en kontinuerlig fluks på de samme 400 W/m², bare i et 5800K-BB-spektrum. For enkelhets skyld kan vi si at fluksen er 'isotropisk'.

Så er spørsmålet, dersom vi plasserer et molekyltynt gass-skall tett rundt legemet, med vakuum mellom legemets overflate og skallet, og dette skallet er totalabsorptivt for 290K-spektrumsstråling (i realiteten IR, langbølger), men totaltransparent for 5800K-spektrumsstråling (i realiteten kortbølger), hva ville skje med legemets overflatetemperatur?

Vel, ifølge Science of Dooms logikk så ville tilstedeværelsen av gass-skallet gjøre legemets overflate varmere enn uten. Begrunnelsen? Skallet ville absorbere hele 290K-fluksen fra legemet og sende halvparten tilbake, og fordi all stråling som treffer et fast legeme blir absorbert (vi ser bort ifra refleksjon) og fordi all absorbert energi MÅ påvirke/endre legemets temperatur (i realiteten varmere), så ville denne tilbakestrålingen ha gjort legemet varmere.

Skallet mottar 290K-fluksen fra legemet, 400 W/m², deler den i to, sender halvparten inn igjen og halvparten ut, altså 200 W/m² hver vei. En slik fluks tilsvarer en emisjonstemperatur på 244K. Tilbakestrålingsfluksen mot legemets overflate er altså 200 W/m² i et 244K-BB-spektrum.

Det betyr ingenting, sier Science of Doom. Energi fra et 244K-legeme absorberes også av et legeme på 290K. Og all energi absorbert MÅ heve temperaturen. Den MÅ ha en effekt. Selv fra et kaldere på et varmere legeme. Ellers har den 'forsvunnet'.


Så kommer trikset. Man sier: 'Vi er klar over at det går mer termisk energi fra det varme legemet til det kalde enn motsatt vei, så nettooverføringen (varmen) går uansett fra varmt til kaldt. Termodynamikkens 2. lov er ikke brutt. Det den absorberte fluksen fra det kaldere legemet gjør er å redusere det varmere legemets evne til å avkjøles. Det er når alt kommer til alt det varme legemets varmekilde (kvasi-sola) som egentlig fører til at legemet blir enda varmere. Tilbakestrålingen legger bare til rette for at det kan skje ved å bremse energitapet fra overflaten.'

Jada, det høres veldig tilforlatelig og korrekt ut.


Men det varme legemets opprinnelige varmekilde sender bare sine faste 400 W/m² med 5800K-spektrumsstråling inn mot legemet. Ingenting er forandret derfra. Det kan bare varme det opp til 290K, verken mer eller mindre. Og det varme legemet selv sender fortsatt ut sine 400 W/m² med 290K-spektrumsstråling i respons. Kontinuerlig.

Så dersom legemet nå av en eller annen grunn skulle bli varmere enn de 290K og ende opp der i en ny likevektstilstand, så må denne ekstra varmen komme fra et annet sted. Og dette andre stedet kan ikke være annet enn gass-skallet, varmet opp og vedlikeholdt ved en temperatur på 244K av fluksen fra 290K-legemet - tilbakestrålingen fra et kaldere legeme til et varmere.

Ergo, Science of Doom gjør gass-skallet, det kaldere legemet, egentlig i det skjulte, til en andre varmekilde for det varmere legemets overflate. Dette er et flagrant brudd på termodynamikkens 2. lov.


Legg merke til hva man sier. Man hevder tilbakestrålingen bare reduserer varmetapet fra det varme legemet og at input'en fra den egentlige varmekilden slik blir større enn output'en. Og at den da liksom vil hope seg opp og gjøre det varme legemet enda varmere.

Men det er ikke sånn det funker. Et sortlegeme som absorberer en kontinuerlig varmefluks på 400 W/m² vil anta en temperatur på 290K og emittere en fluks like stor som respons til omgivelsene, åkkesom! Ingenting av dette er forandret i dette scenariet. Det varme legemets egenskaper er ikke endret på noen som helst måte. Det stråler fortsatt ut som funksjon av sin S-B-temperatur, et resultat av absorbert varmefluks. Ingenting er forandret, DERSOM man ikke lønnlig tar en spansk en og later som om fluksen tilbake fra gass-skallet nå kan legges til som ytterligere varmefluks (positivt bidrag av termisk energi).

Stråling fra et 244K-legeme altså som varmefluks til overflaten av et 290K-legeme.


Minner forøvrig om til slutt enda en gang, for dette er viktig, at varmefluksen fra det varme legemets overflate (Q) forblir uforandret (like stor) selv med skallet på plass, men at varmeoverføringstakten overflate->skall (Q') blir mindre enn den gamle varmeoverføringstakten overflate->verdensrom (uten skall). Man glemmer da bare at med minskende Q' får man omvendt proporsjonalt økende Q'' (varmeoverføringstakten skall->verdensrom), og både Q' og Q'' er deler av Q, fordi hele fluksen kommer fra og 'tilhører' overflaten. Skallet har ingen 'egen' stråling:

Q = Q' + Q''

Ikke bland Q' og emisjonstemperaturen til det varmere legemet!

[Okular]

Q' kan altså minske. Men det hever ikke temperaturen til det varmere legeme at et kaldere legeme stråler tilbake på det. Varmeoverføringen fra det varmere til det kaldere legemet blir rett og slett mindre dersom det er mindre temperaturdifferanse mellom de to legemene. Det har ingenting med temperaturen til det varmere legemet å gjøre.

Et varmere legeme med kontinuerlig/konstant tilførsel av energi fra en varmekilde vil holde sin temperatur inntil tilførselsfluksen fra varmekilden endres. Det avkjøles ikke i betydningen fallende temperatur. Temperaturen endres ergo heller ikke av at man stiller et kaldere legeme ved siden av eller 'i veien for' det varmere legemet. Det eneste et kaldere legeme kan gjøre er å påvirke varmeoverføringstakten fra det varmere til det kaldere legemet. Det påvirker ikke et varmere legeme som får kontinuerlig varmetilførsel fra sin varmekilde. Det påvirker det kun idet man slår denne tilførselen av og den faktisk begynner å avkjøles. Da vil tilstedeværelsen av det kaldere legemet (dersom varmere enn omgivelsene for øvrig) bidra til å bremse nedkjølingstakten til det varmere legemet. Men dette gjelder altså et varmere legeme som ikke har ekstern/intern varmetilførsel og dermed fast temperatur.

Dette er et poeng man synes å glemme.

Og husk, jeg snakker om stråling. Vakuum. Konduksjon/konveksjon/fordampning i et medium fungerer annerledes. Til dels fundamentalt annerledes.

[Okular]

Her er Jostemikks fine analogi for hvordan AGW'erne tenker. Energi må ha en effekt, ellers må den anses som forsvunnet. Og det selv om den tilførte energiens opprinnelse er nettopp legemet den nå forventes å ha en ytterligere effekt på:

"[...] hvis man har to like tannhjul koblet sammen, med kraft kun på det ene, vil det andre tannhjulet hvis det blir frikoblet ei god stund og mister rotasjonshastighet, få det kraftdrevne tannhjulet til å gå raskere rundt hvis de kobles sammen igjen."

Hvorfor skulle det ikke det? Det tilfører jo ekstra energi ... Ingen effekt, sier du? Å nei! Energien er forsvunnet!


Motoren (M) tilfører en konstant strøm av energi til T1. Det forandrer seg ikke. Greit nok. T1 roterer så med en viss hastighet. Dette er grunntilstanden, 'planet uten skall'. All energi fra M går til å drive T1 i sin faste rotasjonshastighet. Som all energi fra planetens varmekilde går til å opprettholde planetens overflatetemperatur.

T2 har ingen egen energikilde, men har litt igjen fra forrige gang den var koblet til M+T1. Nå kobles den til igjen. Skallet settes rundt planeten. T1 kan nå sies å få tilført energi både fra M og fra T2. Akkurat som man sier at planetens overflate med skallet på plass mottar mer energi enn før (varmekilde+skall).

Analogien spør så, hvorfor fører ikke denne totalt sett økede tilførselen av energi til T1 til større rotasjonshastighet? Det samme som høyere temperatur for planetens overflate?

Fordi 'det foregår (netto) energitransport fra M+T1 til T2, ikke motsatt vei.'

Det er T2 som 'mangler' energi. Ergo er det T2 som får nettotilførselen. T1 må dele sin energi fra M med T2. Det vil som du sier ikke gå fortere, men saktere.
Mekanisk arbeid og termodynamisk 'arbeid' (oppvarming). De to (M+T1+T2 og varmekilde+planet+skall) er ekvivalente/analoge.

Ifølge AGW'ernes logikk med 'planet/skall'-systemet så burde tilføyelsen av det fortsatt roterende T2 til M+T1 ha fått T1 til å rotere fortere, fordi T1 nå får energi både fra M og fra T1. I virkeligheten er det selvsagt T2 som må rotere fortere. Akkurat som det er skallet som varmes opp, ikke planeten. Fordi den netto energitransporten (varmeoverføringa) går fra planet til skall, ikke motsatt vei.

T1 uten T2 tilkoblet (planet/verdensrom) går fortere (er varmere) enn med T2 tilkoblet (planet/skall), fordi energien fra M deles og T2 har mindre energi enn T1. (Det er her analogien ikke treffer helt perfekt, fordi planetens overflate ville ikke ha blitt noe kjøligere med skallet på plass. Dette skyldes at vi i det tilfellet kun snakker sortlegemer, vakuum, full absorptivitet/emissivitet og null varmekapasitet, for å isolere ut strålingen og se bort ifra konduksjonen.)

Tenk litt på dette. Det tas helt intuitivt når det er snakk om mekanikk. Men prisippet gjelder på akkurat samme måte i termodynamikken ... T2 kan ikke få T1 til å gå noe fortere. Like lite som skallet kan gjøre planetoverflaten varmere. Fordi T2 (skallet) har lavere energiinnhold enn T1 (planeten).

Det betyr ikke at energi er blitt borte. Den går med til å få T2 til å gå fortere. Evt. skallet til å bli varmere. Mekanisk arbeid. Termodynamisk 'arbeid' (oppvarming). Helt enkelt.


   - - -
Når jeg tenker etter så er det virkelig helt absurd at voksne mennesker kan gå rundt å tro at varme legemer nødvendigvis må bli enda varmere enn det de var til å begynne med for å kunne varme opp legemer kaldere enn dem. De varmere legemene var jo allerede varmere enn de kaldere i utgangspunktet! Hvilken termodynamisk prosess sier da at de må bli enda varmere for å kunne varme opp (overføre varme til) de kaldere ...?!
   - - -


Det sies i protest til ekvivalensen mellom M+T1+T2 og planet/skall/verdensrom: "T1 kan IKKE sies å få tilført energi fra T2 på noen som helst måte. Den mister energi til T2."

Ja! Dette er jo hele mitt poeng! Og hele poenget med analogien!

Se dette på det mest fundamentale plan: Ved kun M+T1 får T1 all sin energi til å gå rundt i sin gitte hastighet fra M. Hva så når vi setter (et noe saktere roterende) T2 til T1? Da får T1 fortsatt like mye energi fra M. Men nå er T2 kommet til med sin energi inn i systemet. Ekstra energi er brakt inn i systemet. Ifølge deres logikk er jo denne energien NØDT TIL å gjøre seg til kjenne på noe vis. Ekstra energi i systemet (T1 får nå energi fra M OG fra T2) MÅ jo ha den effekten at T1 går fortere.

Dette er rett og slett logikken deres. Og så ser man helt intuitivt at det er riv ruskende galt når det gjelder tannhjulene. Men man klarer (vil) altså fortsatt ikke å se at nøyaktig det samme prinsippet gjelder med planeten når skallet settes rundt: Planeten kan nå sies å motta energi fra sin varmekilde OG fra skallet.

Men som det helt korrekt påpekes, T1 mister energi til T2 ved tilkobling, det får ikke energi. Hvorfor? Fordi T1 er mer energirik enn T2. Energi vil til enhver tid foretrekke å flyte dit det er et underskudd. Slik øker universets entropi. Akkurat som med planeten. Planeten mister termisk energi til skallet ved omslutting, den får ikke termisk energi. Hvorfor? Fordi planeten er varmere enn skallet.

Jeg fatter simpelthen ikke hva som er så vanskelig med å se parallellen.


Men vi må nesten ta det enda en gang til: Planeten varmes opp av sin varmekilde til 290K og emitterer følgelig ut en fluks på 400 W/m². Mottar 400 W/m² varmefluks (6000K-spektrumsstråling), avgir 400 W/m² (290K-spektrumsstråling). Balanse. Hvor går så de 400 W/m² fra planeten? De treffer skallet og varmer det opp. Skallet har to sider og slipper 200 W/m² ut fra hver side, ergo en emisjonstemperatur på 244K. Mottar 400 W/m² varmefluks (290K-spektrumsstråling), avgir 200+200=400 W/m² varmefluks (244K-spektrumsstråling). Balanse.

Så kan man si, men hva med de 200 tilbake fra skallet mot planeten?

De er jo allerede gjort rede for! De er den ene halvpart av de 400 W/m² utgående fra planeten. Den andre halvparten går ut fra utsiden av skallet. En kan jo ikke regne med noen av de fluksene en gang til.

Ingen energi forsvinner. Det er kun Q' og Q'' (varmeoverføringsratene mellom planet/skall og system(skall)/verdensrom som endres med skallet på plass.

Ingen energi forsvinner. Energien fra planeten går dels til å varme skallet, dels ut til verdensrommet.

Planeten varmes ikke opp. Hvorfor i all verden skulle den det? Den er allerede varmere enn skallet. Den mister energi til skallet, varmer det opp. Det eneste skallet gjør er å redusere systemets Q til verdensrommet.

[Okular]

For å beskrive nok en gang og kanskje tydeliggjøre det enda bedre hvor det mest grunnleggende problemet ligger, legger jeg her ut kommetaren jeg postet på Spencers blogg:

   - - -

"In radiative terms, emission temperature of a surface is dictated by its heat gain from its heat source. And only that. The thermal energy of an object, defining its temperature, accumulates through the transfer and absorption of heat – warming the object (disregarding work done on the object). It does not accumulate by 'cooling less'.

This is where the confusion arises. Spencer seems to be basing his argument on the strange, and frankly un-thermodynamic, notion that not only the radiative heat input to a surface (gain from hot reservoir, absorption) but also the radiative heat output (loss to cold reservoir, emission) from that surface, controls/regulates its temperature.

This is wrong.

Its temperature is set and constrained only by its absorption of heat from its hot reservoir.

The temperature of the surface in turn determines its emission to its cold reservoir.

This causal chain runs from left to right only. Not the opposite way:

Absorption of heat —> temperature —> emission of heat

This relates to pure radiative heat transfer.

The emitted flux does not in any way control the temperature of the body emitting it. The temperature controls it. Understand, without the absorbed heat, no temperature. Without temperature, no emitted heat. That's how it works.

Only the radiative flux from a warmer body can raise the temperature of a cooler body. Because only a warmer body can transfer heat to that cooler body.

A black body in a vacuum at 290K emits 400 W/m². It does so no matter what. This flux is a function of its temperature. Based on heat gain from its heat source, a warmer body than itself. Its corresponding emission is dictated by the laws of physics.

If this body then receives a flux of 200 W/m² from another body adjacent to it at temperature 244K, then this flux will not be able to do anything in the way of increasing the level of thermal energy and thus the temperature of the 290K body. Its temperature is already set by its incoming flux from an even warmer body, say 6000K, its hot reservoir.

If you want to claim that the 290K body warms up to a higher steady-state temperature in the presence of the 244K body, then you are in effect saying that the 244K body operates as a second, independent heat source for the 290K body.

Why? Because nothing else has changed. The original heat source still sends but the 400 W/m² of 6000K spectrum radiation to the warm body. This will upon absorption in itself not warm it past the 290K it did before. The body also still emits its corresponding 400 W/m² flux of 290K spectrum radiation to its cold reservoir based on its temperature.

So if the temperature then still rises, then this must somehow be caused by something else. It must be caused by extra absorbed heat from somewhere. A positive transfer of (a gain in) thermal energy.

Well, the only other body in this system is the 244K one. The only thing that's different is the 200 W/m² flux from the cool body to the warm.

Spencer claims this radiative flux slows the cooling rate of the warm body, thus heating it indirectly. But how specifically does it accomplish this without itself transferring HEAT to it and thereby raising the warm body's kinetic energy level beyond what it would be otherwise – and hence its temperature? Does it somehow disallow half of the 400 W/m² of 290K spectrum radiation from leaving the surface of the warm body?

Remember now, if the warm body is provided with a constant energy/heat supply from its ultimate heat source, it will not cool in the meaning 'temperature dropping'. Its emission temperature is kept up, sustained. So the cool body can do nothing to reduce its 'cooling rate'. There is no cooling rate to be reduced.

What is reduced is 'the heat transfer rate' between the warmer body and the cooler. Q. This does not affect the surface temperature of the warmer body. Only the surface temperature of the cooler one.

The smaller the temperature difference between the two bodies, the smaller is Q. At T1 = T2, Q = 0. And the warm body can no longer heat the cool body. No more heat transfer."

   - - -

Bunnlinjen: Rent radiativt settes overflatetemperaturen til et legeme kun av varmetilførselen (innkommende fluks fra varmekilden, et varmere legeme), ikke av varmetapet. Varmetapet er en funksjon av temperaturen. Ikke en årsak. Svært viktig! Og misforstått av alle som hevder 'tilbakestråling' fra atmosfæren kan bidra til å gjøre overflaten enda varmere. Å minske Q' mellom det varme og et kaldere legeme hever ikke temperaturen til det varmere legemet. Og i hvert fall ikke om det varmere legemet allerede får fast tilførsel av varme/energi fra en varmekilde.

Dette må folk komme over!

[Okular]

Hovedpoenget igjen, men med et nytt element:

Bedre isolasjon (skallet) minsker varmetapet (Q', Q''). Det øker ikke temperaturen til varmekilden (planeten). Folk skjønner bare ikke denne helt avgjørende distinksjonen.

Her er imidlertid noe som kan forvirre folk til å tro at dette likevel vil skje. Isolasjon kan nemlig legge til rette for at det varme legemet kommer nærmere sin potensielle (teoretiske) temperatur. Dette er et viktig prinsipp i det virkelige liv, der konduksjon/konveksjon og fordampning opererer, og er grunnen til at folk f.eks. lar seg lure av eksperimenter med varmeoverføring mellom to legemer i et medium (som luft). For da måler man noe helt annet enn det man tenker at man gjør. Prinsippet er nemlig ikke viktig for det vi snakker om her, stråling, om hvorvidt atmosfærisk 'tilbakestråling' kan bidra til å gjøre jordoverflaten varmere eller ikke. For her snakker vi allerede om potensielle temperaturer (Stefan-Boltzmann, emisjonstemperatur).

Den potensielle temperaturen er rett og slett den temperaturen det varme legemets input (fra dettes varmekilde) potensielt kan få i stand, som f.eks. et sortlegeme med input 400 W/m². Dets potensielle temperatur er 290K. Den virkelige temperaturen kan tilnærmes, men ALDRI overstige denne potensielle temperaturen. MEN, Q' fra legemets overflate kan like fullt reduseres hele veien til 0. Det påvirker bare ikke den potensielle temperaturen til det varme legemet. Fordi den er satt av input'en fra varmekilden.

Her er en kommentar fra en ingeniør på 'Entering the SkyDragon's Lair'-tråden hos Tallbloke som tok for seg nettopp en slik planet/skall-modell som jeg har snakket om (idealisert med sortlegemeflater og vakuum for å kunne isolere ut varmeoverføring mellom legemer via stråling; det er jo det saken handler om tross alt).

CementAFriend:

"I have not read all the comments but it appears many who are commenting are mentioning supposed models or thought bubbles without having any real experience. The only thing that counts is actual measurement and then relating that to equations, determined from real experience, which could explain the process. This comparison process tells you if your measurements are reasonably accurate or the equations you are attempting to verify are wrong. I have had experience with measurement in furnaces. My experience is as follows:

a) With a poorly insulated furnace there will be heat loss from the walls which results in a flame temperature less than the theoretical and lower energy in the exhaust gases.

b) As the insulation is improved there is less heat loss from the walls, slightly higher flame temperatures, and higher energy in the exhaust gases.

c) Even with perfect insulation it is not possible that the flame temperature exceeds that of the theoretical temperature, i.e. energy can not be created to exceed the energy input."

Hvorfor ikke? Fordi all energi i systemet kommer fra varmekilden i utgangspunktet.

In a well insulated furnace the wall temperature is close to that of the flame (it is possible to estimate both).

Insulation reduces heat loss but can not increase the original energy (or original temperature) of the source."

Det varme legemets temperatur bestemmes altså av INPUT'en fra dets varmekilde, IKKE av isolasjonen (graden av varmetap til omgivelsene/andre kaldere legemer - Q')!

Dette MÅ man få prentet inn.

Og folk må også slutte og blande inn konduktiv/konvektiv isolasjon. Det har ingenting med om hvorvidt atmosfærisk 'tilbakestråling' kan bidra til å varme opp jordoverflaten eller ikke.

Atmosfæren isolerer jo jordoverflaten NETTOPP konduktivt/konvektivt. IKKE radiativt.

[Okular]

Et snedig poeng fra radiokjemiker Alan Siddons:

"You can't trap light in a bottle. That is, if a mirrored chamber prevents a luminous body from emitting to its surroundings, the light doesn't build up and get brighter and brighter inside. This may seem strange but it's true. A 'standing wave' is created by the mirrors instead. This is akin to the 2nd Law, wherein nothing happens when a heated body encounters another body at the same temperature, because no heat transfer is possible. So too, when a luminous source encounters its own light, there's no transfer of light to the source and thus no increase. Sadly for the GHE religion, then, you can't construct a Radiant Bomb by sealing a flashlight inside a thermos."