IR-fotoner fra atmosfæren

[Amateur2]

Et forsøk på å beskrive energitransport via "drivhusgasser"

Etter en tid i klimagrublebua har jeg kommet et ørlite skritt videre i min forståelse av hvordan dette med indre resonanser i molekyler virker i forhold til molekylers temperaturavhengige vibrasjoner og hvordan dette påvirker energitransporten i en gassblanding tilsvarende den vi kan ha i atmosfæren.

Jeg understreker at dette er min personlige forståelse og ikke en autoritativ tekst i kvantefysikk eller fysikalsk kjemi. Det jeg håper er at det er noen som vil bli med videre i denne studien slik at vi får klarlagt fullt og helt hvordan dette med gassers temperatur og deres forhold til infrarød stråling egentlig henger sammen, sett fra grunnleggende mekaniske, termodynamiske, kvantefysiske og kjemiske prinsipper.

Alle molekyler med mer enn ett atom kan eksiteres i indre resonanser. Dette behandlet jeg for noen meget vanlige molekyler, etter inspirasjon fra både ebye og BBK sine kommentarer, i kommentar #23.

Det som avgjør hvorvidt et molekyl har den egenskapen at det kan eksiteres i indre resonans av infrarød stråling, er egenfrekvensene til molekylet. Egenfrekvensene er bestemt av "fjærstivheten" i bindingene mellom atomene og massen til de svingende atomene. Det er når disse egenfrekvensene ligger i frekvensbåndet for infrarød stråling at molekylene kan eksiteres i indre resonans av slik stråling.

I atmosfærene er det i hovedsak følgende molekyler det dreier seg om:

H2O, CO2, CH4, N2O, O3

Her er H2O og CO2 de mest stabile forbindelsene, mens de tre andre lett oksyderer til H2O og CO2, samt O2 og N2.

Det er kun stråling med frekvenser tilsvarende egenfrekvensene til disse molekylene som kan eksitere indre resonanser i molekylet. Eksitasjon av indre resonanser kan skje uavhengig av temperaturtilstanden til molekylet.

Siden indre resonans representerer et høyere energinivå for molekylet enn det som er samsvarende med minimum energi for molekylet i en gitt temperaturtilstand, så vil en slik eksitert tilstand være ytterst kortvarig. Energien tilsvarende den energien som eksiterte resonanstilstanden vil omtrent umiddelbart bli emittert i form av et foton med frekvens tilsvarende egenfrekvensen som ble eksitert og amplitude gitt av energien i det fotonet som eksiterte tilstanden. Retningen for det emiterte fotonet må sannsynligvis kunne betraktes som tilfeldig.

Vi har altså i prinsippet to uavhengige mekanismer for absorpsjon og reemittering av infrarød stråling for disse molekylene. Den ene mekanismen er knyttet til temperatur og gjelder alle molekyler i en gassblanding, mens den andre er knyttet til indre resonans og gjelder kun de molekylene som har denne spesifikke egenskapen.

1) Absorpsjon av stråling for å øke eller vedlikeholde temperatur.
Dette forutsetter at den infrarøde strålingen har høyere frekvens enn molekylets temperaturgitte vibrasjoner. Infrarød stråling med lavere frekvens kan ikke føre til øket vibrasjonsfrekvens for molekylet, dvs øke temperaturen. Reemittering av IR-stråling medfører en  temperatursenkning.

2) Absorpsjon av stråling som fører til indre resonans.
Dette kan kun skje ved stråling som har frekvenser tilsvarende egenfrekvensene for molekylet. Dette fører ikke til noen temperaturøkning slik jeg forstår det. Reemittering av IR-stråling medfører opphør av den indre resonansen.

Det er tilfelle 2) som er det spesielle. La oss analysere dette tilfellet særskilt.

a) Molekylet vibrerer med en frekvens tilsvarende en gasstemperatur som er lik eller lavere enn de frekvensene som gir mulighet for indre resonans i molekylet.
IR-strålingen på en resonansfrekvens kan da medføre:

i) en økning i molekylets vibrasjonsfrekvens
eller
ii) en eksitasjon av indre resonans.

Om det er tilfeldig hvilken mekanisme strålingen trigger av i) eller ii), eller om en av de to mekanismene er foretrukket vet jeg foreløpig ikke.

b) Molekylet vibrerer med en frekvens tilsvarende en gasstemperatur som ligger høyere enn de frekvensene som gir mulighet for indre resonans.

IR-stråling tilsvarende disse frekvensene kan likefullt eksitere indre resonans. Altså kan molekylet absorbere og reemittere stråling som tilsvarer en lavere temperatur enn det molekylet egentlig har som en del av gassblandingen.

Det må være fra dette siste fenomenet feilslutningen om at IR fra kalde legemer kan føre til oppvarming av varme legemer stammer. Det dreier seg altså om en eksitasjon av en indre resonans i molekylet med en omtrent umiddelbar reemittering av tilsvarende energimengde (foton) på samme frekvens som resonansfrekvensen. Fotonet emitteres i en tilfeldig retning. Dermed ingen temperaturøkning.

Det er disse siste IR-strålene som da, i følge AGW-dogmet, på sikt skal føre til en opphopning av varme i atmosfæren.

Hvordan det skal gå til er for meg en gåte. Disse strålene kan vitterlig ikke øke temperaturen på molekyler som allerede har en temperatur som er høyere eller tilsvarende denne strålingsfrekvensen. De kan kun bidra til temperaturøkning i molekyler som har en temperatur som er lavere enn det som tilsvarer strålingsfrekvensen.

Slik jeg forstår dette så må det medføre at molekyler som kan eksiteres i indre resonans egentlig har en avkjølende effekt og ikke en oppvarmende effekt. Dette fordi de faktisk kan bidra til å transportere overflødig energi i form av IR-stråling ut av et system som har høy temperatur uten at temperaturen øker!

Konklusjon: Hele CO2-dogmet skyldes en gigantisk misforståelse av hvordan energitransporten via disse gassmolekylene må foregå!

[Jostemikk]

Takk for knakende godt innlegg, Amateur2. Dette var en grundig analyse, og ikke noe vi er så godt vant med når det gjelder dette temaet.

Jeg regner med at du har støtte i de lærebøkene du har nevnt, og som har dannet deler av grunnlaget for analysen din?

Det du konkluderer med er at de såkalte drivhusgassene er alt annet enn akkurat det. De er nedkjølende, og således jordas termostat nettopp fordi historiske analyser av temperatur/atmosfærisk CO2-innhold viser at først kommer varmen, så følger CO2-økningen deretter som et resultat av oppvarmingen, før det igjen blir kaldere. Hadde CO2-molekylet hatt en oppvarmende effekt, ville jorda forlengst opplevd en runaway-effekt, noe som aldri har skjedd. For en som meg, med forholdsvis retardert forståelse av atmosfærefysikken, er dette et poeng jeg lenge har undret meg over hvorfor ingen har grepet fatt i.

Håper medlemmer med større kunnskaper om fysikk enn meg tar deg på ordet, og bidrar til både kunnskap og debatt i denne tråden.

[Brattbakkallen]

Amateur 2:

Konklusjon: Hele CO2-dogmet skyldes en gigantisk misforståelse av hvordan energitransporten via disse gassmolekylene må foregå!

Jeg synes at du begrunner konklusjonen din veldig bra i innlegget ditt. 

Takker for flott innlegg, altså. Du har tydeligvis både studert og tenkt samtidig. En viktig kombinasjon, det der, som vi alle burde tilstrebe å etterleve. 

BBK

[Amateur2]

Takk for knakende godt innlegg, Amateur2. Dette var en grundig analyse, og ikke noe vi er så godt vant med når det gjelder dette temaet.

Jeg regner med at du har støtte i de lærebøkene du har nevnt, og som har dannet deler av grunnlaget for analysen din?

Det du konkluderer med er at de såkalte drivhusgassene er alt annet enn akkurat det. De er nedkjølende, og således jordas termostat nettopp fordi historiske analyser av temperatur/atmosfærisk CO2-innhold viser at først kommer varmen, så følger CO2-økningen deretter som et resultat av oppvarmingen, før det igjen blir kaldere. Hadde CO2-molekylet hatt en oppvarmende effekt, ville jorda forlengst opplevd en runaway-effekt, noe som aldri har skjedd. For en som meg, med forholdsvis retardert forståelse av atmosfærefysikken, er dette et poeng jeg lenge har undret meg over hvorfor ingen har grepet fatt i.

Håper medlemmer med større kunnskaper om fysikk enn meg tar deg på ordet, og bidrar til både kunnskap og debatt i denne tråden.

Takk for gode ord fra deg Joste og fra deg BBK.

Denne analysen er basert mest på egen tankevirksomhet med grunnlag i mine kunnskaper om dynamiske systemer erhvervet gjennom mer enn 30 års yrkesaktivitet med den typen stoff, men jeg har selvfølgelig også lest både hos Enrico Fermi (Thermodynamics), David Bohm (Quantum Theory) og Claes Johnson for å sjekke om jeg har vært helt på villspor, eller om egne kunnskaper hang sånn noenlunde på greip også i en slik anvendelse.

Jeg vil understreke at det er helt nødvendig at dette ettergås i sømmene med uhyre kritiske blikk fra alle som leser det. Hvis det er noe som virker uklart eller at jeg har vært for kjapp i en overgang så må det bli påpekt. Her er det lov å grave og spørre, og være fandens advokat. Det er den eneste måten man kan sikre at en slik forklaring eventuelt holder mål mot det kritiske blikk den helt sikkert vil bli urtsatt for fra AGW-rørsla.

Jeg påstår ikke å ha full oversikt over dette temaet og setter derfor stor pris på absolutt alle innspill som måtte komme. Ingen spørsmål er for dumme og jeg er åpen for at jeg kan ha tatt feil på et eller flere punkter.

[Obelix]

Det var et veldig bra innlegg av Amateur2   

Dette er en flott forklaring for hvordan klima-røysla har tatt så grundig feil. Jeg vil tilføye si at klima-røysla og fabler om at de re-emitterte strålene også kan bli absorbert av jordens topplag  (jamfør deres energimodeller) og at dette også bidrar til den generelle "globale oppvarmingen". Når Amateur2 nå så tydelig forteller oss at det kan ikke de langbølgede strålene gjøre, så faller selvsagt hele korthuset til klimarøysla, og her er det Amateur2 så enkelt og greit forklarer for oss alle:

Disse strålene kan vitterlig ikke øke temperaturen på molekyler som allerede har en temperatur som er høyere eller tilsvarende denne strålingsfrekvensen. De kan kun bidra til temperaturøkning i molekyler som har en temperatur som er lavere enn det som tilsvarer strålingsfrekvensen.

Slik jeg forstår dette så må det medføre at molekyler som kan eksiteres i indre resonans egentlig har en avkjølende effekt og ikke en oppvarmende effekt. Dette fordi de faktisk kan bidra til å transportere overflødig energi i form av IR-stråling ut av et system som har høy temperatur uten at temperaturen øker!

Tusen takkk Amateur2  for den flotte gjennomgangen 

[Amatør1]

Jeg påstår ikke å ha full oversikt over dette temaet og setter derfor stor pris på absolutt alle innspill som måtte komme. Ingen spørsmål er for dumme og jeg er åpen for at jeg kan ha tatt feil på et eller flere punkter.

Takk for et meget tankevekkende innlegg! Dette var nesten så jeg kunne forstå det    Jeg skal studere det en 8-10 ganger for å se om jeg følger tanken helt i mål, og om det henger på greip. Det ser ju unektelig slik ut nå.

Hvis alle klimaforskere hadde avsluttet sine arbeider med de to setningene jeg har sitert over, så hadde verden vært spart for billioner av kroner i destruktive utgifter, og økonomien i den vestlige verden hadde kanskje fungert.

[Jostemikk]

Okular startet en tråd med relevante poeng for denne tråden en tid tilbake.

IR-fotoner fra atmosfæren

[Okular]

Hei, Amateur2. Fint å se det er flere som grubler på disse tingene

Jeg er med deg hele veien ned til omtrent midten.

Du sier:

Vi har altså i prinsippet to uavhengige mekanismer for absorpsjon og reemittering av infrarød stråling for disse molekylene. Den ene mekanismen er knyttet til temperatur og gjelder alle molekyler i en gassblanding, mens den andre er knyttet til indre resonans og gjelder kun de molekylene som har denne spesifikke egenskapen.

Brems litt. Dette blir et litt kunstig skille for meg. Den eneste måten vår atmosfære (i signifikant grad) kan absorbere IR fra overflaten (eller fra sola) på er via de såkalte 'drivhusgassene'. N₂, O₂ og Ar absorberer i praksis ikke IR-fotoner på disse frekvensbåndene, og vil følgelig naturlig nok heller ikke reemittere. Det vil si at all varmen absorbert i atmosfæren gjennom IR-stråling gjøres av H₂O og CO₂ med venner. Uten disse gassene til stede i atmosfæren ville all IR fra sola kommet seg (relativt uforstyrret) helt ned til overflaten og all IR fra overflaten ville ha kommet seg (relativt uforstyrret) helt ut til verdensrommet igjen. Det eneste som ville ha blitt varmet opp var overflaten (sett bort fra aerosoler og konveksjon).

Med utgangspunkt i dette ser en at de eneste IR-fotoner som ikke kommer seg uforstyrret fra overflate til verdensrom, men som snarere blir absorbert i troposfæren, i all hovedsak den laveste delen av den, er de som ligger i frekvensbåndene som stemmer overens med 'drivhusgassenes' egenfrekvenser som du kaller dem. Resten går rett ut, gjennom det atmosfæriske vinduet:



Så er poenget, hva skjer med energien som blir 'fanget' av de troposfæriske 'drivhusgassene' ved absorpsjon av disse fotonene?

Reemitteres den direkte? Eller går den inn i atmosfæregassens kinetiske energifond, det siste ved at det eksiterte (og ergo energieleverte) molekylet bringer sin nyvunne energi videre til nabomolekyler, i all hovedsak N₂ og O₂, gjennom kollisjoner?

Her vil jeg referere og linke til følgende artikkel hos Jeff Id på The Air Vent fra 2010.

AGW-rørsla ynder å framstille det slik at all IR emittert fra atmosfæren er fra direkte reemisjon fra 'drivhusgassene'. Det er det jo åpenbart bestemt ikke. 99,999% eller deromkring emitteres på bakgrunn av temperaturen til atmosfæren som enhetlig masse ("bulk temperature").

Jeff Id sier selv:

Since the mean time between collisions is about 1 ns under those conditions, that means the expected lifetime of a CO2 molecule excited to the 15 micrometer vibrational excited state is on the order of 1-10 microseconds.  This also means that only about 1 in 10,000 excited molecules decays by emission of radiation rather than collision.

Og så kan man regne på det, hvor mye av denne temperaturen er et resultat av absorpsjon av IR fra overflaten? For å bruke tallene til Stephens et al. 2012, så mottar troposfæren i snitt 219,4 W/m² til oppvarming, hvorav 75 fra innkommende IR (solar), 112 fra konveksjon/latent varme (overflaten) og 32,4 fra utgående IR (terrestrisk). Av de 219,4 er altså 14-15% fra terrestrisk (utgående) IR.

[Okular]

Okular startet en tråd med relevante poeng for denne tråden en tid tilbake.

IR-fotoner fra atmosfæren

God morgen, Jostemikk

Dette er vel den tråden, er det ikke

[Jostemikk]

Okular startet en tråd med relevante poeng for denne tråden en tid tilbake.

IR-fotoner fra atmosfæren

God morgen, Jostemikk

Dette er vel den tråden, er det ikke

Uff! Sånn er det når man står opp altfor tidlig!

[Jostemikk]

Hvordan avkjøles ikke-"drivhusgasser", for eksempel oksygen?

[Obelix]

Hvordan avkjøles ikke-"drivhusgasser", for eksempel oksygen?

Interessant spørsmål. Jeg har jo hele tiden ment at "ikke-drivhusgassene" avkjøles på akkurat samme vis som "drivhusgassene" - Nemlig ved to måter: Ved re-emettering og avgivelse av kinetisk energi (konvektiv varme).  Oksygen for eksempel absorberer de langt mer høy-potente UV-strålene, og re-emitterer disse strålene.

Men, merkelig nok så er det visst ikke noe fokus på blant annet oksygen, gitt.  Jeg tror det er fordi klima-bløffen har CO2 som fokus, og dette molekylet kan ikke absorbere de mer høy-potente strålene.

Og det er derfor vi må skille mellom strålene, ikke bare mellom UV og IR, men vi må skillle intert i IR-gruppen også. For eksempel så kan H2O absorbere NIR men det kan ikke CO2!  Og som vi vet, så har NIR mer fotonenergi i seg enn LWIR.

Og dette er av relevans til det gode innlegget av Amateur2 igår (nummer 30). For der skriver han, med andre ord, men dog, at LWIR kan ikke "konkurrere" med IR-stråler med kortere bølgelengde som da selvsagt har mer fotonenergi i seg.

[Amateur2]

Hei, Amateur2. Fint å se det er flere som grubler på disse tingene

Jeg er med deg hele veien ned til omtrent midten.

Du sier:

Vi har altså i prinsippet to uavhengige mekanismer for absorpsjon og reemittering av infrarød stråling for disse molekylene. Den ene mekanismen er knyttet til temperatur og gjelder alle molekyler i en gassblanding, mens den andre er knyttet til indre resonans og gjelder kun de molekylene som har denne spesifikke egenskapen.

Brems litt. Dette blir et litt kunstig skille for meg. Den eneste måten vår atmosfære (i signifikant grad) kan absorbere IR fra overflaten (eller fra sola) på er via de såkalte 'drivhusgassene'.

Okular, jeg tror vi er svært så enige i praksis. Legg merke til at jeg sier i prinsippet. Grunnen til at jeg benytter den formuleringen er at jeg ikke har detaljoversikt over hvordan molekylkollisjoner kan føre til eventuell emittering av fotoner. Derfor "forbeholdet".

Jeg postet i dag et innlegg i en annen tråd som utdyper litt hvordan jeg forstår dette. Jeg kopierer det inn her:

Det er et poeng som det er viktig å ha klart for seg når man debatterer reemitterte IR stråler fra molekyler med indre resonans, typisk CO2, H2O, CH4 etc.

Hvis jeg har forstått dette med temperatur i en gass (og forsåvidt i et materiale generelt) riktig, så er den knyttet opp til gassmolekylets kinetiske energi, altså hvliken hastighet det beveger seg med i gassblandingen.

Det er såvidt jeg kan se ikke nødvendigvis en direkte sammenheng mellom temperaturen for molekylet og en indre resonans i molekylet. Det er mulig jeg tar feil her, men inntil noen kan vise at dette er en gal forståelse, så velger jeg å være åpen for denne muligheten. Dette har ikke med T2 (termodynamikkens 2 lov) å gjøre, her er de T1 (termodynamikkens første lov, energiens bevarelse) som styrer.

Frekvensen på de reemitterte IR strålene er derfor IKKE nødvendigvis relatert til temperaturen på molekylet, men til egenfrekvensen(e). Når en slik indre resonanstilstand opphører, så skjer det ved emittering av et foton med en frekvens tilsvarende resonansfrekvensen. Dette fotonet kan derfor i prinsippet bidra til å øke den kinetiske energien i et molekyl som har en høyere temperatur enn den som tilsvarer temperaturen på det molekylet det emitteres fra. Det er frekvensen på det emitterte fotonet som avgjør hvilke molekyler som kan motta et slikt kinetisk energibidrag og denne frekvensen er temperaturuavhengig slik jeg forstår det.

Det som imidlertid er interessant er den integrerte virkningen av denne mekanismen over tid. Hvordan bidrar eventuelt disse fotonene til akkumulert oppvarming i atmosfæren slik det hevdes fra AGW-hold?

Jeg mener de ikke bidrar til netto oppvarming i det hele tatt. Grunnen er at den andelen av disse fotonene som emitteres ut mot verdensrommet rett og slett representerer et energitap, og dermed også et varmetap over tid. De øvrige fotonene som emitteres i alle de andre retningene, kan ikke bidra til å øke varmemengde utover den varmemengden de allerede representerer.

[ebye]

Umiddelbart høres dette riktig ut, Amateur2.

Hvert photon bærer en energi som svarer til energiforskjellen mellom eksitert tilstand og grunntilstand. "Varmen" er det totale antall photoner som går tilbake. Men, mange photoner spres ut i verdensrommet, og dermed er det et kaldere materiale som sendes tilbake. Altså: ingen oppvarming.

Jeg hadde noe Atomfysikk i fysikkfaget på Blindern (F 11, kjøkkenveien). Og så langt jeg husker, beskriver du dette korrekt, Amateur2.         

[Amateur2]

Umiddelbart høres dette riktig ut, Amateur2.

Hvert photon bærer en energi som svarer til energiforskjellen mellom eksitert tilstand og grunntilstand. "Varmen" er det totale antall photoner som går tilbake. Men, mange photoner spres ut i verdensrommet, og dermed er det et kaldere materiale som sendes tilbake. Altså: ingen oppvarming.

Jeg hadde noe Atomfysikk i fysikkfaget på Blindern (F 11, kjøkkenveien). Og så langt jeg husker, beskriver du dette korrekt, Amateur2.         

Grunnleggende kunnskap om mekaniske svingninger og litt matematikkforståelse hjelper en visst et godt stykke på vei, også inn i atomenes verden ...