Srednia temperatura powierzchni Ziemi- Co to wlasciwie jest ?

https://i.imgur.com/4EgwyaG.jpg

 

Na rysunkach podanych wyzej a cytowanych glownie w odniesienu do globalnej zmiany klimatu spowodowanej przez dotad nieustalone czynniki wystepuje pojecie sredniej temperaturu powierzchni Ziemi.  Jest to przyjeta ogolnie miara ocieplenie/ochlodzenia naszej planety.  Samo pojecie sredniej temperatury naszego globu wydaje sie byc intuicyjnie zrozumiale. Jesli jednak zastanowimyn sie przez chwile jak ta wielkosc powinna byc zdefiniowana to sprawa sie komplikuje. Ziemia jest obiektem sferycznym obracajacym sie wokol wlasnej osi  (a wiec obdarzonym spinem) a jednoczesnie poruszajacym sie jako calosc po niemal idelanie kolistej trajektorii wokol Slonca. Slonce zas jest glownym zrodlem energii cieplnej jaka pojawia sie na powierzchni Ziemi a wlasciwie na jej oswietlonej polowie . Druga, nocna, polowa jest za to emiterem energii mikrofalowej, ktora opuszcza Ziemie i kieruje sie w Kosmos.  Tak wiec termodynamika Ziemi jest nierownowagowa a zatem nie istnieje nic takiego jak temperatura srednia powierzchni.  Oczywiscie przy aktualnym poziomie pomiarow moglibysmy rozwazyc cos takiego jak srednia temperature dzienna Ziemi dokonujac pomiarow temperatury w roznych punktach powierzchni Ziemi i obliczajac srednia tech danych pomiarowych. Co jednak jest mozliwe obecnie (czyli w roku panskim 2020) to rzecz jasna nie bylo mozliwe sto czy tysiac lat temu a takie wykresy pojawiaja sie wyzej. Inaczej mowiac wykresy te nie sa oparte o doswiadczenia bezposrednie ale stanowia wynik mniej lub bardziej naukowej analizy roznych danych posrednich. Nie jest to nic osobliwego jesli chodzi o dane dotyczace prehistorii naszego globu. Trzeba jednak pamietac, ze z koniecznosci wiarygodnosc ich nie jest absolutna a ciaglosc przedstawianych krzywych jest wynikiem opracowywania danych w oparciu o pewne modele teoretyczne.  Te zas moga ale nie musza byc prawdziwe. Wracajac jednak do definicji sredniej temperatury powierzchni globu to, moim zdaniem, powinnismy oprzec sie o calometrycza definicje temperatury :

              dQ= C dT     (1)

gdzie dQ jest iloscia ciepla zaabsorbowanego na powierzchni Ziemi , C jest pojemnoscia cieplna powierzchni globu a dT  roznica temperatury wywolana tym procesem.  Pojemnosc  cieplna Ziemi jest to ilosc energii cieplnej jaka wywola zmiane temperatury o jeden stopien. Ze wzgledu na to, ze wiekszosc powierzchni globu pokrywa woda (roztwor soli ) oraz lod to pojemnosc cieplna powinna byc bliska iloczynowi masy wod oceanow i ciepla wlasciwego solanki . Wody oceaniczne w rownowadze z lodem stanowia bufor cieplny, ktory powoduje zminimalizowanie zmian temperatury wywolane zmianami w ilosci energii dostarczanej powierzchni globu. Pojemnosc cieplna powierzchni globu mozemy oszacowac z grubsza przyjmujac, ze objetosc wody oceanicznej wynosi :

  V = 1.35x 10^18 m^3 

a gestosc solanki :

  g= 1024 kg/m^3

stad masa oceanow wynosi M= V x g = 1.35x10^18 x 1025 kg = 1.38 x 10^21 kg.

Tak wiec pojemnosc cieplna Ziemi (biorac pod uwage wylacznie oceany) wynosi z grubsza 

C= 5.33 x10 ^24 J/K

Jest to ilosc energii w postaci ciepla jaka musimy dostarczyc aby podniesc temperature Ziemi o jeden stopien. Pamietajmy, ze realna pojemnosc cieplna jest wieksza bowiem pominelismy tu wklad pochodzacy od ladow, ktore zajmuja okolo 30% powierzchni Ziemi. 

Porownajmy to z iloscia energii slonecznej jaka dochodzi do Ziemi w ciagu roku. Sloneczna energia wynosi okolo 8760 kWh/m^2/ rok.  czyli przy powierzchni oceanow wynoszacej 361 000 000 km^2 jest to

361x 10^9 m^2 x 8760 kWh/m^2 = 1.14 x 10 ^22 J

Jesli przyjmiemy, ze cala ta energia idzie na ogrzanie oceanow (pomijajac odbicie oraz straty spowodowane reemisja do Kosmosu w czasie nocy) to wzrost temperatury oceanow w ciagu roku wyniesie 0.00214 K.  a aby podwyzszyc temperature solanki o 1 stopien bedziemy potrzebowali 467 lat.  Najwyzszy Inzynier jak widac zastosowal niezwykle skuteczny uklad stabilizujacy temperature globu! Swego czasu poswiecilem essej https://bobolowisko.blogspot.com/2010/11/w-przyszlosci-cieplej-zimniej-czy-tak.html  problemowi zmian temperatury na Ziemi .  Mozna tez  spojrzec na ten wynik inaczej. Aby podniesc temperature oceanow o jeden stopiem w ciagu roku potrzebowalibysmy 

467 x 1.14 x10^22 J czyli okolo   ~ 500 x 10^22 J  energii dostarczonej przez Slonce lub jakies inne zrodla w ciagu roku. 

Jakie zrodla moga wchodzic w rachube? 

Swego czasu napisalem pare esejow na tematy zwiazane "globalnym oiepleniem"  i do nich odsylam zainteresowanych moim stanowiskiem na ten temat:

https://bobolowisko.blogspot.com/2010/03/efekt-cieplarniany-raz-jeszcze.html

https://bobolowisko.blogspot.com/2011/01/na-poczatku-byl-uran.html

https://bobolowisko.blogspot.com/2011/03/kolizje-swiatow.html 

Moja hipoteza mowi, ze w jadrze Ziemi dziala okresowy powielajacy reaktor jadrowy. Reaktor ten ogrzewa Ziemie przez okolo 15 tysiecy lat po czy zatrzymuje sie dzieki "zatruciu" produktami rozpadu ( glownie izotopami Xenonu i Samaru). Produkty te sa nastepnie usuwane do plaszcza przez okolo130 tysiecy lat co pozwala reaktorowi zastartowac ponownie i powtorzyc caly proces. Ta okresowosc widzimy na pierwszysm z gory rysunku "temperatury globalnej"  wyznaczonej na podstawie wiercen lodowcow. 

Obecna "wiedza powszechna" mowi nam, ze na powierzchni Ziemi mamy do czynienia z raptownym wzrostem temperatury spowodowanym efektem cieplarnianym czyli wzrostem absorpcji ciepla w atmosferze przez gazy takie jak H2O , CO2 czy CH4 ( czyli pare wodna, dwutlenek wegla czy metan).

W  zwiazku z tym rezygnujemy z paliw kopalnych : wegla kamiennego, ropy naftowej itp co w konsekwencji prowadzi do wzrostu cen energii i straty miejsc pracy oraz innych powaznych konsekwencji ekonomicznych. Moim zdaniem jest to konkluzja falszywa. Jesli istotnie ostatnie pare lat wykazuje szybki i wielostopniowy wzrost temperatury to  winny jest nie efekt cieplarniany ale jakis inny powod. Byc moze zastartowal ponownie reaktor i siedzimy obecnie na powierzchni naturalnej bomby atomowej. Albo winny jest raptowny wzrost stopy zyciowej raptowie wzrastajacej populacji, ktora konsumuje coraz wieksze ilosci energii (na ogrzewanie, motoryzacja i mechanizacja)  a takze niszczy pojemnosc cieplna globu wycinajac coraz wiecej drzew czy zabudowujac tereny zielone. 

Trzeba by jeszcze nad tym pomyslec bowiem problem jest trudny i wielowarstwowy. Ale to nie efekt cieplarniany doprowadzi do katastrofy termicznej globu! Tego jestem pewien.

Dodatek

Spotkalem sie z opinia, ze usuniecie paliw kopalnych i zastapienie ich "ekologicznie poprawnymi" paliwami (baterie sloneczne, wiatraki itp) pomoze w walce z ociepleniem klimatu.  Jest to poglad falszywy. Obecne zuzycie energii wszelkich typow wynosi 5.04 x 10 ^20 J/rok. Z tej wielkosci tylko okolo 30% jest zuzywane na prace mechaniczna. Reszta konczy jako cieplo (np auto przewozi towar ale przy tym ogrzewaja sie silnik, skrzynia biegow oraz uklad wydechowy) . Tak bedzie bez wzgledu na to co jest zrodlem energii. Jezeli przejdziemy calkiem na naped elektryczny to i tak tarcie nie zaniknie i w efekcie energia machaniczna przetransformuje sie na cieplo. Zuzycie nergii przez wzrastajaca populacje obecnie dotarcza ciepla tylko 100 razy mniej niz Slonce. Moim zdaniem to wlasnie wzrost populacji i jej standartu zycia jest odpowiedzialny za ocieplenie klimatu.