CO2 tégla
A globális felmelegedés elméletével kapcsolatos számos kritika azon a megfigyelésen alapul, hogy a globális átlaghőmérséklet 1998 óta nulla tendenciát mutat a légköri CO2-koncentráció növekedése ellenére. A tizenöt éves adatokat az 1850-től kezdődő időszakkal ellentétben kell szemlélni.
A mögöttes emelkedő tendencia nyilvánvaló extra időszakokkal, egymásra épülő felmelegedéssel és lehűléssel. Az ilyen eltéréseket a két fő ciklus körülbelül 30 éves fázisa okozza: az atlanti és a csendes-óceáni inverziós ciklus.
Hűtési időszakok 1880-1910, 1940-1976
Fűtési időszakok 1910-1940, 1976-1998
Az atlanti és csendes-óceáni inverziós ciklusok körülbelül 30 éves ciklusokban befolyásolják a globális hőmérsékletet.
https://www.barrettbellamyclimate.com
Az ipari forradalom óta sem az első, sem a másodrendű sávokban nem jutott fény a felszínről a tropopauzába.
A harmadrendű átmenetek viszont teljes mértékben a másodrendűtől függenek, és nagyságrendekkel gyengébbek. Csak ezek a harmadrendű sávok telítetlenek, és csak ezek képesek tovább melegíteni a "bolygót". A telített sávok már teljesen elnyelődtek, és a légkörben lévő CO2 mennyiségének növelése csupán a teljes elnyelési szintet viszi közelebb a felszínhez .
A fenti képen látható az elnyelési hányad is az alapkanyarban 400 ppm CO2 esetén. Látható, hogy a Q ág, amelytől a P és R függ, egy méteren belül szinte teljesen elnyelődik.
Széles körben ismert, hogy a globális hőmérséklet jelenleg nem követi a modell forgatókönyvét. A hőmérséklet még ma is irányítja a légköri CO2 növekedési trendje körüli ingadozást. Széles körben elismert tény, hogy a CO2 követi a hőmérsékletet a legalább több millió évre visszanyúló jégmagokban. Úgy tűnik, hogy a CO2 semmilyen időskálán nem irányítja a hőmérsékletet.
Itt van a lefelé és felfelé mutató emissziós görbék "csókolózásának" egyszerű oka: meg kell érteni a Schwarzschild-egyenletet
A Schwarzschild-egyenlet (vagy pontosabban a radiatív transzport egyenlet Schwarzschild-féle formája) alapvető fontosságú az atmoszférikus sugárzás megértésében – például annak vizsgálatában, hogyan viselkedik a CO2 a légkörben. Az egyenlet az abszorpciót és az emissziót egyszerre veszi figyelembe.
A „téglaszerű” sugárzás az alsó 300m-ben – pontosan ennek az egyenletnek az eredményei:
Alsó légkör (~0–300m): A CO2 abszorpciója nagyon erős (magas), és az emisszió ugyanazzal az intenzitással történik. A sugárzás helyben termikus egyensúlyban van → nem változik a sugárzás intenzitása → úgy néz ki, mintha „téglaszerű” lenne (nem látszik külön CO2-hatás).
Magasabb rétegekben (~>300m): Itt a gáz már kevésbé telített, az emisszió és abszorpció aránya nem egyenlő. Ilyenkor: A sugárzás csökken, ha az emisszió kisebb, mint az abszorpció VAGY növekszik, ha a helyi gáz emissziója túlsúlyba kerül. Ezért látunk jellemző CO2-sávokat a MODTRAN spektrumokban ebben a magassági sávban.
A Schwarzschild-egyenlet megmutatja, hogy egy gázréteg nem csak elnyel, hanem ki is sugároz energiát.
Ha a réteg optikailag vastag, akkor a saját hőmérsékletének megfelelően „feketetestként” sugároz.
Ha optikailag vékony, akkor a sugárzás nagy része áthalad – ez jellemző a felsőbb légköri rétegekre.
Ez az egyenlet segít leírni:
Miért nem az alsó légkör sugároz ki a világűrbe, hanem inkább a felsőbb rétegek (ahol már nem telített a CO2)
Miért fontos a CO2 koncentráció növekedése: magasabb szinteken is nő az abszorpció, így a kisugárzás magassága emelkedik, ahol viszont hűvösebb van → kevesebb energia sugárzódik ki → a bolygó melegebb marad, hogy egyensúly helyreálljon.
Mit jelent, hogy a sugárzás „téglaszerű”?
A légkör egy adott alsó rétegében (kb. 0–300m magasságig) a spektrális sugárzás sem lefelé, sem felfelé nem változik érdemben, és nincs látható nyoma annak, hogy CO2 elnyelne vagy kisugározna energiát ezen a tartományon belül.
Ez olyan, mintha ez a réteg egy homogén, masszív tégla lenne: nem „szűr”, nem „bonyolít”, csak egy egyenletes, strukturálatlan sugárzást bocsát ki.
A jelenség mögött a telített abszorpció és a termikus egyensúly áll:
CO₂ nagyon hatékonyan elnyel IR-sugárzást – különösen a 667 cm⁻¹-es Q-ág környékén.
Az alsó pár száz méterben annyira sűrű a CO2 és olyan gyakoriak az ütközések, hogy:
a gáz azonnal elnyeli a beérkező sugárzást, majd nem kisugározza, hanem hőenergiává konvertálja (kinetikus energiává). Mivel a réteg már „telített”, az emisszió és abszorpció kiegyenlítik egymást: a kibocsátott sugárzás már csak a hőmérséklettől függ, nem látszik rajta külön CO2-spektrális struktúra.
Ez a „téglaszerű” réteg nem sugároz ki energiát a világűr felé. Ehelyett:
- a CO2 csak elnyel és hővé alakítja az energiát,
- az újra-sugárzás (re-emisszió) csak magasabb szinteken történik meg,
- emiatt a kisugárzás a világűr felé magasabb, hűvösebb rétegekből érkezik,
- tehát az energia nehezebben tud távozni → hozzájárul a melegedéshez.
A CO2 „téglaszerű” viselkedése az alsó légkörben nem új keletű dolog – ez már az ipari forradalom előtt is pontosan így működött.
A kulcs nem az, hogy milyen a sugárzás az alsó légkörben, hanem hogy milyen magasan történik a kisugárzás az űr felé, és hogy mennyi energia tud onnan kiszökni.
Amikor a légköri CO2-szint nő:
- A CO₂ magasabb szinteken is elég sűrűvé válik, hogy telített legyen → a „téglaszerűség” feljebb tolódik.
- A világűrbe történő infravörös kisugárzás nem az alsóbb, hanem a magasabb, hűvösebb rétegekből történik meg.
- A Planck-függvény szerint: minél hidegebb a gáz, annál kevesebb energiát sugároz ki:
- Tehát: Több CO₂ → magasabbról történik a kisugárzás → kevesebb energia távozik → földfelszín melegedni kezd, hogy visszaálljon a sugárzási egyensúly.
A „téglaszerű sugárzás” nem új – de a „tégla magassága” emelkedik, ami miatt a kisugárzás hatékonysága csökken. Ez az alapja annak, hogy a CO2-növekedés üvegházhatásként működik: nem „új” elnyelést hoz létre, hanem áthelyezi a kisugárzást egy hidegebb rétegbe, ahol kevesebb energiát tud a Föld leadni.
https://geosciencebigpicture.com/2016/11/26/modtran-up-and-down-vii
Az alsó légkörben (pl. 0–300m között) az ütközések olyan gyakoriak, hogy:
>99.99%: az elnyelt energia hővé alakul (a CO2 itt főleg a levegőt melegíti – és alig sugároz vissza.)
<0.01%: az elnyelt energia IR-sugárzássá alakul vissza
Magasabb szinteken, ahol ritkább a levegő, kevesebb az ütközés
→ ott nő az esélye annak, hogy egy gerjesztett CO₂ kisugározza az energiát
→ tehát ott már nő a visszasugárzás szerepe is
Ezért az IR sugárzás főleg fentről (pl. 2–8 km közötti rétegekből) távozik az űr felé, nem az alsó 300m-ből.