Az éghajlattal telített üvegházhatás

Az elmúlt években az éghajlati folyamatok fizikai dinamikájának megértésében jelentős előrelépést jelentett Miskolczi Ferenc munkássága. Jelen jegyzetben felfedezését "éghajlati szempontból telített üvegházhatásnak" nevezem. Ezeket a szavakat úgy használom, hogy a "telítettség", amelyről beszélek, nem egy izolált rendszer klasszikus statikus telítettsége, hanem egy termodinamikailag nem egyensúlyi dinamikus állandósult állapotban lévő nyitott rendszerre vonatkozó, speciálisan kiterjesztett értelemben vett "telítettség".

Dr. Miskolczi felfedezése a NASA-nak végzett rendszeres munkája során született, amikor a rádiószondák által mért adatokat vizsgálta. Az általa írt sugárzásátviteli számítógépes program mikroszkópja alatt tanulmányozva és elemezve a nagy adathalmazról kiderült, hogy az eddig csak részben kiaknázott fizikai tények gazdag tárháza. 

Dr. Miskolczi megmutatta, hogy az éghajlati folyamatok valódi fizikai dinamikája az, hogy a légkörben lévő üvegházhatású gázok mennyiségének jelenlegi változási ütemét dinamikusan határozza meg, többek között nagyrészt az üvegházhatású gázok jelenlegi mennyisége. A másik dinamikus tényező a légkör hőmérsékletének ingadozása. Vannak más dinamikus tényezők is, amelyeket jelen jegyzetben többnyire figyelmen kívül hagyunk.

Másrészt, az IPCC az ember okozta CO2-kibocsátás káros globális felmelegedést okozó doktrínájához a "sugárzási kényszer" és a "vízgőz általi pozitív visszacsatolás" matematikai formalizmusa alapján beszél. Sajnos azonban ez a formalizmus végzetesen hibás, és nem képes leírni a CO2-re adott éghajlati válasz valódi dinamikai szerkezetét.

Az IPCC matematikai formalizmusa csak egyetlen dinamikus belső állapotváltozót, az éghajlat hőmérsékletét ismeri el. Ez a formalizmus az éghajlati hőmérsékletet a "sugárzási kényszer" statikus matematikai függvényeként (vagy néha dinamikus hatásaként) fejezi ki. A formalizmus ezt a matematikai függvényt (vagy dinamikus hatást) matematikailag "visszacsatolásnak" nevezett összetevőkre osztja fel. Ezek a "visszacsatolások" azonban dinamikailag nem különböznek az éghajlati hőmérséklettől. A formalizmus egyszerűen az éghajlati hőmérséklet statikus matematikai függvényeként fejezi ki őket. Következésképpen a valós éghajlati rendszert irányító dinamikus tényezők nem fejezhetők ki az IPCC formalizmusában, mivel az matematikailag nem felel meg a problémának.

Miskolczi nem az éghajlattal telített üvegházhatás felfedezését tűzte ki célul, hanem olyan dologként bukkant rá, amelyet véletlenül vett észre a NASA-nak végzett rendszeres munkája során. Ebből a szempontból felfedezése olyan, mint az ausztrál Garth Paltridge alapvető felfedezése, aki "véletlenül" vette észre az éghajlati adatok vizsgálata során, hogy a tényeket az entrópia-termelés maximális sebességének elve írja le. Hans Ziegler műanyagtechnológus korábbi munkájával együtt Paltridge professzor felfedezése egy lépcsőfok volt azon az úton, amely annak megértéséhez vezetett, hogy a termodinamika második törvénye a termodinamikai egyensúlyban lévő izolált rendszerekre vonatkozó klasszikus formájából természetesen kiterjeszthető a termodinamikailag nem egyensúlyban lévő dinamikus állandósult állapotok kezelésére diabatikus rendszerekben. Ez radikális előrelépés volt a tudományos megértés legmélyebb szintjén. Jelenlegi jelentőségét fentebb már említettük. 

Az empirikus tények ilyen jellegű véletlenszerű megfigyelése áll a természettudományok számos történelmi radikális előrelépésének középpontjában. Ez egyfajta "véletlen", amely csak a felkészült elmével történik meg. Paltridge professzorhoz hasonlóan Dr. Miskolczi is felkészült elmével rendelkezett.

Az éghajlati szempontból telített üvegházhatás Miskolczi-féle felfedezése egy olyan éghajlati folyamatot ír le, amely dinamikusan egy termodinamikailag nem egyensúlyi fázisátmenethez van rögzítve. Ez azt jelenti, hogy az éghajlat egy stabil stacionárius dinamikai rendszerben van.

Az általános hatás az, hogy a napenergetikai hajtóerő és a hosszú távú éghajlati hőmérséklet aránya állandó marad. Ezt nevezhetnénk éghajlati válaszaránynak, de itt csak "aránynak" nevezzük. Az arány független a CO2-kibocsátástól, amely ezért nem növelheti a hosszú távú éghajlati hőmérsékletet. Csak a megnövekedett napenergetikai hajtóerő növelheti a hosszú távú éghajlati hőmérsékletet. A napenergetikai hajtóerők változását csak a Napból kisugárzott hőmennyiség változása és a Föld Naptól való távolságának változása okozhatja. Az éghajlati folyamatot a Naprendszeren kívüli egyéb külső, a Naprendszerből származó külső hajtóerők megzavarhatják, de nem változtathatják meg a hosszú távú éghajlati hőmérsékletet. Ilyen perturbációk közé tartozik sokféle és változatos mechanizmus, például a galaktikus kozmikus sugárzás fokozott bejutása, valamint a Nap, a Hold és a bolygók gravitációjának determinisztikusan kaotikus árapályhatása.

Az éghajlati stabilitás fenntartásának egyik fő dinamikai hatása a George Simpson által 1928-ban felfedezett légköri ablakon keresztül történő nemlineáris lehűlés. Miután a Föld elnyelte a hőt a Napból, az infravörös sugárzási hullámsáv visszaviszi a hőt az űrbe. A vízgőz a Föld fő üvegházhatású gáza. Széles és erős infravörös abszorpciós spektruma meglehetősen sok mély rést tartalmaz. A szárazföld és a tenger felszínéről érkező sugárzás könnyen távozik a világűrbe ezeken a réseken keresztül, amelyeket együttesen légköri ablaknak neveznek. Az eltávozást a Planck-féle sugárzási törvény nem lineárisan szabályozza. A nemlinearitás azt jelenti, hogy minél melegebb a Föld, annál hatékonyabban hűti a Földet az ablak. Simpson felfedezte a víz egy másik erős éghajlatstabilizáló tulajdonságát is. A víz képes felhőket képezni, amelyek Simpson szerint erősen hajlamosak hűteni a Földet azáltal, hogy a beérkező napfény egy részét visszaverik, így azt a Föld el sem nyeli. Ezt nevezik az albedo növekedésének.

Miért állandó az éghajlati válaszarány?

Ez azért van, mert a víz uralja az éghajlat dinamikáját.

Talán egy házi hasonlat segíthet. Az éghajlati folyamatok olyanok, mintha egy serpenyőben telített sóoldat forrna a tűzhelyen. Ha feljebb tekerjük a gázt a tűzhelyen, a forráspontot nem befolyásolja. Adjunk hozzá még több sót, és a forráspont nem változik, mert a sóoldat már telített.

Az egyik üvegházhatású gáz (vízgőz) képes megváltoztatni saját koncentrációját a troposzférában, így éghajlati szempontból telített oldott oldatként viselkedik a légkörben. A forró fazékban lévő buborékok számos légköri analógja közül talán a legdrámaibbak és legélénkebbek a Riehl és Malkus professzorok által 1958-ban leírt mély trópusi konvekció védett tornyai, amelyeket bárhol az Egyenlítő közelében láthatunk. Ezek a trópusi esőzések pacemakerét jelentik. Egy kis CO2 hozzáadásával egy kicsit gyorsabban bugyborékolnak, és egy kicsit több eső esik, de amíg a naptevékenység nem változik, és a vízgőz marad a domináns földi üvegházhatású gáz, addig az éghajlat hőmérsékletére nincs hatással. A buborékok egy dinamikai küszöbértéknél jelentkeznek, ami azt jelenti, hogy a fent említett nemlineáris ablakhűtéshez hasonlóan minél nagyobb egy melegedési perturbáció, annál hatékonyabb a hűtési válasz. Ez az üvegházhatás éghajlati telítődésének értelmezése, mint egy stabil termodinamikailag nem egyensúlyi fázisátmenetnél megrekedt folyamat.

Az éghajlati folyamat egy fontos szempontból különbözik a forrásban lévő serpenyőtől. A nem egyensúlyi fázisátmenetek fogalmilag egy kicsit különböznek az egyensúlyi fázisátmenettől. A fázisátmenet, amelynél az éghajlati folyamat megakad, dinamikus jellegű, ellentétben a forrásban lévő víz fázisátmenetével, amely statikus jellegű. Következésképpen a fizikai mennyiség, amely megrekedt, nem az éghajlati hőmérséklet, hanem az éghajlati válaszarány.

Ez az arány stabil és állandó, mert az entrópia-termelés maximális sebességének elve szabályozza, amelyet a vizes óceán és a napsugárzás jelenléte határoz meg. A legegyszerűbb szinten az az általános elv érvényesül, hogy minél magasabb a hőmérséklet, annál több dinamikus ingadozás lehetséges az éghajlati folyamatokban. A leghatékonyabbak úgyszólván puszta véletlenszerűen ragadják meg cselekvési lehetőségeiket, és esélyeiket a hőmérséklet emelkedése növeli. A légköri hőmérséklet növekedése lehetővé teszi a hőnek az űrbe történő további hőleadási mechanizmusokat, mivel az űrben nincs semmi, ami ellenük hatna. Hogy ez hogyan történik, arról Miskolczi adott részletesebb tájékoztatást.

A víznek a felhőkön és a légköri ablakon keresztül történő stabilizáló tulajdonságaival összefüggésben Dr. Miskolczi felfedezte a víz egy másik erős éghajlatstabilizáló tulajdonságát. Ez egy olyan üvegházhatású gáz, amely képes megváltoztatni saját koncentrációját a tiszta égboltú troposzférában, méghozzá stabilizáló módon. Ez az a tulajdonság, amely elvileg nem ábrázolható az IPCC hibás formalizmusában. De a felhő tulajdonsága és a tiszta égbolton lévő üvegházhatású gázok koncentrációváltoztató tulajdonsága együttesen stabilizálják az éghajlati folyamatot. Ez az oka annak, hogy a CO2-kibocsátás nem tudja megváltoztatni a hosszú távú éghajlati hőmérsékletet.

Tiszta éjszakán hullócsillagokat láthatunk az égen. Ezek közül sok meteor fagyott vízből álló meteor, amely a légkörbe lépve elpárolog. Ezek egy természetes külső hajtóerőt képeznek, amely üvegházhatású gázt ad a légkörhöz. De nem vezetik a troposzférát statikus telítettségbe. Ez a mi jelünk arra, hogy a troposzféra évmilliárdok óta alacsony felhők kialakulásával és esőzéssel marginálisan szárítja a derült égbolt vízgőztartalmát, hogy teljesen és maradéktalanul kompenzálja a természetes üvegházhatású gázadagolást.

Az éghajlati rendszer történelmileg fenntartotta a vízgőz dinamikailag stabil maximális mennyiségét a tiszta égboltú troposzférában. Az ok egyszerű. A konvektív cirkuláció elkerülhetetlenül felfelé és lefelé mozgatja a légkör nagy részét, így a troposzféra részben kiszárad, és a tiszta égbolt vízgőztartalma sokkal kisebb marad a klasszikusan statikusan meghatározott telítettségi szintnél.

Hogyan marad állandó az éghajlati válaszarány, amikor CO2-kibocsátás történik a légkörbe? Fokozott buborékképződéssel, fokozott esőzéssel, fokozott alacsony felhőképződéssel és a felső troposzféra fokozott száraz levegő termelésével.

A CO2 hozzáadása a rendszerhez egyszerűen kiszorít egy kis mennyiségű vízgőzt anélkül, hogy megváltoztatná a tiszta égboltú troposzférában jelenlévő üvegházhatású gáz teljes effektív mennyiségét, így a hozzáadás hőmérsékleti hatása nagyon közel semlegesül. Ebben a korlátozott összefüggésben azt mondhatnánk, hogy az egyik üvegházhatású gáz ugyanolyan jó, mint a másik, de valójában egyes üvegházhatású gázoknak (pl. víz) olyan kiegészítő tulajdonságai vannak, amelyekkel mások (pl. CO2) nem rendelkeznek.

Amikor a CO2-t a levegőbe juttatjuk, annak első hatásai sugárzási jellegűek. A világűrbe irányuló infravörös sugárzás némileg blokkolja az ablakot, ami az alsó és középső troposzféra felmelegedésével jár. A troposzféra felső optikai határrétegének magassága megemelkedik; a tropopauza magassága megemelkedik. Mivel ott alacsonyabb a hőmérséklet, a troposzféra felső optikai határrétegének infravörös sugárzása csökken, amíg az alacsonyabb hőmérséklet kompenzálódik.

Ekkor a legalsó troposzféra melegebb, nedvesebb, kevésbé sűrű levegője a trópusi "buborékzónába" konvektálódik. Gyorsabban "buborékosodik", több trópusi alacsony felhő és eső keletkezik, a vízgőz látens hőjének fokozott szállítása a magasba, és több levegő jut fel a magasabban fekvő trópusba, ahol az alacsonyabb hőmérséklet miatt szárazabbá válik. Ezek a tényezők ellensúlyozzák a hozzáadott CO2 sugárzási hatásának egy részét.

A keringési ciklus akkor fejeződik be, amikor a nagyobb mennyiségű szárazabb levegő a sarkok felé konvektálódik, majd lefelé, vissza a szárazföldi-tengeri felszínre, és útközben semlegesíti a hozzáadott CO2 sugárzó hatásának maradék részét.

A légköri gázok konvekciójának ilyen ciklusai köztudottan általánosan jellemzőek arra a fajta dinamikus szerveződésre, amely a maximális entrópia-termelés elvének irányítása alatt alakul ki.

Az IPCC érvelő matematikai formalizmusa arra a téves elképzelésre támaszkodik, hogy egy üvegházhatású gáz virtuálisan tiszta sugárzási hajtóanyagként működhet, de Miskolczi felfedezése miatt ma már értjük, hogy az üvegházhatású gáz hozzáadását önmagában üvegházhatású hajtóanyagként kell kezelni.

A fenti beszámoló csupán egy kvalitatív vázlat, de Miskolczi doktor munkája maga a légkörre vonatkozó empirikus mérések kvantitatív elemzése.

Dr. Miskolczi tehát megmutatta, hogy jelenleg miért lehetetlen fizikailag az üvegházhatás elszabadulása. Hozzátehetnénk, hogy az óceánok keletkezésekor, évmilliárdokkal ezelőtt, lehetett valami ilyesmi, de az lefutott, és oda vezetett, ahol most vagyunk, és nem vezethet tovább.

Még maga a maximális entrópia elmélet nagymestere, a hatalmas Edwin Thompson Jaynes sem jutott el az entrópia-termelés maximális sebességének elvéhez. Paltridge professzor nem egészen találta el elsőre a szöget. Az 1975-ös tanulmánya még csak nem is az entrópia-termelés maximális sebességére utalt. Sőt, még 2001-ben is kételkedett ebben. Az entrópia maximális keletkezési sebességének elve még mindig csak a tankönyvi státusz felé vezető úton van; ez egy új elv. Az út lépcsőfokokból áll.

Dr. Miskolczi az éghajlati telítettségű üvegházhatásról szóló tanulmányait empirikus elemzésként mutatta be, amelynek elméleti következményeit be is mutatta, de publikációiban különböző laza analógiák is szerepelnek, és tanulmányai elméleti fejlesztésre szorulnak. Dr. Miskolczi jelenleg tovább dolgozik felfedezésén, és további publikációkat várhatunk tőle. A továbblépést nem az út lépcsőinek kalapálásában és feltörésében látom, hanem magának az útnak az építésében. Az éghajlat előrejelzéséhez a fizika jobb megértésére van szükségünk. Rengeteg mindent kell még megértenünk.

https://jennifermarohasy.com/2009/05/the-climatically-saturated-greenhou...