Pasma absorpcji, okna atmosferyczne oraz wysokość powłoki troposfery

Na podstawie książki Davida Archera „Globalne ocieplenie. Zrozumieć prognozę.”

Jak to właściwie jest z tym stężeniem dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w najwyższych warstwach atmosfery?! Jak to jest z absorpcją i reemisją energii cieplnej w podczerwieni od przykładowych 8 do 10 km i do warstw granicznych troposfery ze stratosferą? Jaki ogólnie ma to wpływ na podwyższenie efektu cieplarnianego na powierzchni Ziemi?

Wraz z wysokością w troposferze, licząc od powierzchni Ziemi do najwyższych granic tropopauzy, spada z każdym metrem wysokości temperatura i ciśnienie powietrza. Ma to takie następstwo, że jest ono u granic troposfery coraz silniej rozrzedzone. I właśnie na takich wysokościach granicznych ze stratosferą najłatwiej uchodzi w kosmos większość energii cieplnej w zakresie widma światła podczerwonego.

Poszczególne pasma absorpcji, inaczej fragmenty widma, czyli jakiś zakres długości/częstości/liczb dwutlenku węgla wynosi 700 cm/okres, a dla metanu – 1300 cm/okres. Pochłaniają one w całości energię cieplną w podczerwieni, ale do pewnej wysokości. Same cząsteczki tych gazów mają własności zginania się i drgania (obecność dipola elektrycznego), dzięki temu łatwiej absorbują ciepło fal podczerwonych. Prawdopodobnie na najwyższych i najzimniejszych wysokościach, gdzie tropopauza graniczy ze stratosferą, już nawet poszczególne pasma absorpcji dla wszystkich gazów cieplarnianych prawdopodobnie przestają mieć w pełni właściwości cieplarniane. Już zostało to naukowo dowiedzione, że te pasma upodobniają się do pasm, ze spektrum fal elektromagnetycznych, zwanych oknami atmosferycznymi.

Widma pasma w tym zakresie podczerwieni stają się również przezroczyste i energia cieplna ucieka w całości w przestrzeń kosmiczną. Warunek jest taki, że musi być bardzo chłodno (bez inicjacji większych stężeń gazów cieplarnianych) oraz musi być bardzo niskie ciśnienie (wręcz najniższe w troposferze), a także powietrze musi być silnie rozrzedzone. I tutaj, cząsteczki gazów cieplarnianych, prawdopodobnie pod wpływem niskiej temperatury i niskiego ciśnienia w całości ulegają również wyprostowaniu symetrycznemu i zastygnięciu całkowitemu, przynajmniej na tyle, że przestają absorbować energię cieplną w podczerwieni.

Z kolei, właściwe okna atmosferyczne, czyli pasma widma światła w podczerwieni, są przezroczyste dla wszystkich gazów cieplarnianych już od początku, od samej powierzchni Ziemi. Mieszczą się one w zakresie 1000 cm/okres. I wielkość temperatury, ciśnienia czy gęstości powietrza nie ma tutaj żadnego znaczenia dla tego typu pasm widma światła dla fal podczerwonych. W tymże paśmie widma w podczerwieni, zarówno zginające się, jak i wyprostowane cząsteczki gazów cieplarnianych są przezroczyste dla energii cieplnej w podczerwieni.

Powróćmy jednak na względną wysokość troposfery. Wiadomo już, że im wyżej wzniesiemy się, tym chłodniej zrobi się. Na pewnej wysokości, np. 8 km, powiedzmy w umiarkowanych szerokościach geograficznych, kumuluje się dana koncentracja gazów cieplarnianych we wspomnianych pasmach widma światła w podczerwieni. To znaczy, kumuluje się energia cieplna, która z kolei jest reemitowana na wszystkie strony, w tym ku powierzchni Ziemi. Bardzo ważne! Wszystkie gazy cieplarniane (oprócz pary wodnej) są dobrze wymieszane jednorodnie w troposferze.

Gdy znajdziemy się znacznie wyżej na wysokości, np. 9 km, gazy cieplarniane absorbują już nieco mniej energii cieplnej niż było to na wysokości 8 km. I te fale, które zostają pochłonięte są reemitowane ku powierzchni Ziemi przyczyniając się do zwiększenia efektu cieplarnianego. Czyli z wysokości 9 km reemitowane fale w podczerwieni przyczyniają się do znaczniejszego ocieplenia danego kawałka powierzchni Ziemi w W/m2 aniżeli z wysokości 8 km.

Na wysokości 10 km, gdzie jest jeszcze chłodniej i panuje jeszcze niższe ciśnienie oraz jest bardziej rozrzedzone powietrze, znowu z kolei, gazy cieplarniane jeszcze więcej przepuszczają w kosmos niż pochłaniają energii cieplnej w podczerwieni. A to co zostanie pochłonięte, następnie jest reemitowane ku powierzchni Ziemi przy jeszcze bardziej większym efekcie cieplarnianym. To znaczy, że to co pada z wysokości 10 km na dany kawałek gruntu jeszcze silniej nagrzewa go w W/m2 aniżeli z wysokości 9 km. A jeszcze bardziej silniej niż z wysokości 8 km. Cytat z książki „Globalne ocieplenie. Zrozumieć prognozę” jw.: „Efekt cieplarniany jest tym silniejszy, im szybszy jest spadek temperatury wraz z wysokością.”

Punkt, w którym przemieściliśmy koncentrację gazów cieplarnianych wraz z obniżeniem temperatury i ciśnienia atmosferycznego w troposferze, z niższej wysokości n.p.m. na wyższą, nazywamy wysokością powłoki. To właśnie ta wysokość powoduje zwiększenie efektu cieplarnianego pochłoniętej energii cieplnej w podczerwieni przez pasma absorpcji, a następnie jej reemitowanej ku powierzchni Ziemi. I prawdopodobnie następuje jednocześnie zwiększenie widm pasmowych światła w podczerwieni, czyli swobodniejsze przepuszczanie jego w przestrzeń kosmiczną.

Być może następuje także większa częstotliwość przepływu strumienia energii fal podczerwonych w oknach atmosferycznych (1000 cm/okres). Gdyż, jak już wcześniej powiedzieliśmy, od samego gruntu Ziemi są one pasmami widma światła, które swobodnie przepływają w kosmos przez wszystkie gazy cieplarniane, zarówno te, które naturalnie są od dawna w atmosferze, jak i te, które my wyemitowaliśmy z antropogenicznych źródeł. W tym sztuczne freony czy inne mniej znane cieplarniane gazy przemysłowe.

Jeśli chodzi o konwekcję, prawdopodobnie jej aktywność jest mniej więcej równoważna z procesami pary wodnej, a więc tam gdzie jeszcze ciepło może unosić się w górę. I najlepiej jest to obserwowalne tuż przy gruncie Ziemi. Ilość pary wodnej, z kolei, na danym obszarze geograficznym, przyczynia się do tego czy mamy adiabatę suchą, gdzie szybko spada temperatura wraz ze wzrostem wysokości (co 10 stopni Kelvinów/km) czy też adiabatę wilgotną, gdzie temperatura obniża się wraz ze wzrostem wysokości (co 6 stopni Kelvinów/km).

Ogółem rzecz biorąc, nauka klimatologiczna jeszcze nie zna dokładnie tych bardzo mocno skomplikowanych i zawiłych problemów jakie dzieją się w atmosferze Ziemi.

https://ksiegarnia.pwn.pl/Globalne-ocieplenie-Zrozumiec-prognoze,68455801,p.html

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *