Het broeikaseffect bestaat wel

Het broeikaseffect Bestaat wel

Inleiding

In dit korte artikel zal ik de vraag of het broeikaseffect wel bestaat proberen bevestigend te beantwoorden. We zullen zien dat het mogelijk is om het door mij ontwikkeld model dusdanig om  te werken dat het mogelijk is om het Broeikaseffect aan te tonen en ook om de sterkte ervan vast te stellen. Daar voor is het nodig om het door mij ontwikkeld model om te zetten in een reeks formules. Deze gaan we eerst gewoon uitrekenen en dan pas proberen te interpreteren, dat wil zeggen uit te zoeken of de berekeningen betekenis hebben. Daarbij zullen we vaststellen dat de uitkomsten vermoedelijk wel degelijk iets betekenen. Voor de Maan zullen we vaststellen dat het meer energie uitstraalt dan op grond van instralende zonne-energie te verwachten valt. Voor de Aarde zullen we vaststellen dat het juist minder uitstraalt. We lanceren de stelling dat we hieruit kunnen afleiden dat de Aarde een broeikaseffect heeft. Het is dus met andere woorden warmer op Aarde dan men op grond van de in gestraalde zonne-energie zou verwachten. Tevens zullen we de omvang van het broeikaseffect vast kunnen stellen. Ook zullen we een poging wagen om iets zinnigs te zeggen over het versterkt broeikaseffect.

Afleiding vanuit het model

We beginnen met het afleiden van de benodigde formules uit het door mij ontwikkeld model van Stefan-Boltzmann voor real bodies zoals de Aarde en de Maan. Het model is al in een eerder artikel uitgewerkt. Het is dan ook niet nodig dit nog een keer te doen. Ook voor real bodies geldt dat in evenwicht ingaande energie gelijk is aan uitgaande energie;

I          E_in = E_uit en E_in alleen aan de dagkant

II         E_in = (1-α)*0,5*TSI

III       E_uit = E_uit_dag + E_uit_nacht

IV       E_uit_dag = ε * σ * T4_dag en  E_uit_nacht = ε * σ * T4_nacht

Substitutie van II en IV in I geeft;

V         (1-α)*0,5*TSI = ε ( σ * T4_dag + σ * T4_nacht) <=>

VI       (1-α) = ε [( σ * T4_dag + σ * T4_nacht)/ (0,5*TSI)] <=>

VII      (1-α) – ε [( σ * T4_dag + σ * T4_nacht)/ (0,5*TSI)] = 0

Met;    E_in is de in gestraalde energie

E_uit is de uit gestraalde energie

α is de albedo of te wel het weerkaatste deel van de in gestraalde energie

ε  is de uitgestraalde energie als fractie wat een black body bij deze temperatuur uitstraalt

σ is de Stefan-Boltzmann constante

TSI is de zonneconstante op 1 AE

T_dag is de gemiddelde temperatuur van de dagkant

T_nacht is de gemiddelde temperatuur van de nachtkant

De variabelen zijn allemaal gemeten waarden die regelmatig in de door mij geschreven artikelen zijn benut. Het zijn afgeronde waarden omdat met cijfers achter de komma een nauwkeurigheid wordt gesuggereerd die niet overeenkomt met de precisie van de schattingen uit diverse metingen en modelberekeningen. In de volgende paragraaf gaan we over tot berekening van de formules.

Rekenkunde

Als eerste gaan we formule VII berekenen. Dit doen we voor zowel de Aarde als de Maan. We willen weten in hoeverre de uitkomst inderdaad nul is of redelijk in de buurt komt van nul. Verder willen we weten wat de term oplevert binnen de rechte haken. De uitkomst staat in tabel I;

tab-1-form-vii

Tabel I – Berekening van formule VII voor de Aarde en de Maan.

Ik ben geneigd om te zeggen dat de uitkomst dicht genoeg bij nul staat om als nul te worden beschouwd. Dit ben ik vooral omdat de uitkomst voor de Aarde veel dichter bij nul uitkomt dan die voor de Maan. De data voor de Aarde is in veel opzichten veel nauwkeuriger dan die voor de Maan. Voor de Maan is het denkbaar dat met nauwkeuriger data dan ik tot mijn beschikking heb formule VII gelijk wordt aan nul.  Rekenkundig is de uitkomst voor formule VII gelijk gezet aan nul. Wat echter ook interessant is, is de term die in formule VI en VII tussen rechte haken achter de emissiviteit ε staat. Deze is voor de Aarde beslist groter dan 1 en voor de Maan lijkt het kleiner te zijn dan 1. Nu is het mogelijk dat de uitkomst voor de Maan gelijk zou kunnen zijn aan 1. De data voor de Maan is lang niet zo nauwkeurig dan voor de Aarde maar voor de Aarde is het onwaarschijnlijk dat de uitkomst 1 zou kunnen zijn bij nauwkeuriger data. Het zou dus kunnen dat we betekenis kunnen hechten aan de uitkomsten. Laat ons eens proberen om de betekenis te achterhalen dat wil zeggen laat ons de uitkomsten interpreteren.

Interpretatie van de uitkomsten

Als we vergelijking VII op nul stellen dan is vergelijking VI waar. Wat aan de ene kant van de vergelijking staat is gelijk aan wat aan de andere kant staat. Hoe kunnen we deze uitkomst interpreteren? Laat ons beginnen met een kort verhaal over het Stefan-Boltzmann model en iets vertellen over over black bodies, grey bodies en real bodies.

Het Stefan-Boltzmann model is oorspronkelijk bedacht voor black bodies. Dit zijn theoretische voorwerpen die in staat zijn om alle straling die op hun valt te absorberen. De weerkaatsing ook wel de albedo genoemd is nul. Deze geabsorbeerde stralingsenergie wordt volledig uitgestraald. De emissiviteit is met andere woorden gelijk aan 1. Als we dit invullen in formule VI krijgen we het volgende resultaat;  1 – 0 = term * 1. Dat wil zeggen dat de term voor black bodies exact gelijk is aan 1. Dit soort voorwerpen bestaan zoals gezegd alleen in de theorie en kunnen in het laboratorium redelijk goed benaderd worden.

Vanuit dit black body concept kan men proberen om de theorie uit te breiden tot voorwerpen die misschien daadwerkelijk zouden kunnen bestaan. Dan komt men uit op voorwerpen die niet alle stralingsenergie kunnen absorberen. Een deel van de energie wordt weerkaats. De albedo is dan groter dan nul. Ook zal niet alle geabsorbeerde energie worden uit gestraald. De emissiviteit zal dan kleiner zijn dan 1. Nu geldt in zijn algemeenheid dat (1-α) = ε * term. Maar wat kunnen we nu zeggen over de term? Bij het uitbreiden van de theorie van Stefan-Boltzmann komt men in de eerste plaats uit op zo genoemde grey bodies. Voor grey bodies is de term nog steeds 1. Ook van deze voorwerpen is het niet waarschijnlijk dat ze in het echt kunnen bestaan. Het blijven nog steeds theoretische voorwerpen. Om de theorie uit te breiden tot echte voorwerpen zoals de Aarde en de Maan dienen we de theorie verder uit te breiden en te accepteren dat de term niet langer gelijk hoeft te zijn aan 1. Wat betekent dit in simpele woorden? Het komt er op neer dat real bodies, voorwerpen die echt kunnen bestaan in staat zijn om (schijnbaar) meer of minder energie uit te stralen dan dat ze daadwerkelijk absorberen. Laat ons proberen om iets zinnigs te zeggen over de onderzochte voorwerpen namelijk de Aarde en de Maan.

De Maan

Voor de Maan komt het er op neer dat als de term tussen rechte haken kleiner is dan één, de emissiviteit van de Maan groter is dan op grond van geabsorbeerde zonne-energie aannemelijk is. Het straalt met andere woorden meer energie uit dan verwacht. Waar haalt de Maan deze extra energie vandaan? Uit het artikel Simulaties voor de Maan blijkt uit modelberekeningen dat de nieuwe Maan dusdanig veel weerkaatste zonne-energie van de Aarde mee krijgt dat dit tot een iets hogere temperatuur leidt. In hoeverre dit werkelijk zo is weet ik niet. Ik ken geen literatuur waaruit blijkt dat dit daadwerkelijk zo is. Wat we voor de Maan kunnen zeggen is dat de extra energie die de Maan uitstraalt afkomstig zou kunnen zijn van de Aarde. Daarmee is de Maan afgehandeld en kunnen we ons bezig houden met de Aarde. Daar over gaat de volgende paragraaf.

De Aarde

Voor de Aarde is de term tussen rechte haken beslist groter dan  één. Dat wil zeggen dat de emissiviteit van de Aarde van het oppervlakte naar de top van de atmosfeer kleiner is dan op grond van de geabsorbeerde zonne-energie aannemelijk is. Waarom wordt slechts een deel van de zonne-energie weer uitgestraald? Het antwoord is dat de Aarde een atmosfeer heeft en deze atmosfeer bevat moleculen die in staat zijn om een deel van de door het oppervlakte van de Aarde uitgestraalde energie te absorberen en vast te houden. Deze moleculen noemt men ook wel broeikasgassen. Kooldioxide is een heel bekend broeikasgas. Het absorberen van de energie door de atmosfeer noemt men ook wel het broeikaseffect. Dat de term tussen rechte haken groter is dan één geeft aan dat het oppervlakte van de Aarde warmer is dan op grond van de invallende zonne-energie aannemelijk is. Het toont aan dat er een broeikaseffect is. In de volgende paragraaf gaan we proberen om de omvang van het broeikaseffect te bepalen.

De omvang van het broeikaseffect

In deze paragraaf probeer ik aan te tonen wat de omvang van het broeikaseffect is. Dit wil ik zowel proberen aan te tonen zowel in graad Celsius als wel in termen van extra energie die nodig is om het broeikaseffect tot stand te brengen.

Als de term tussen rechte haken gelijk is aan één dan is de emissiviteit voor een Aarde die dus geen broeikaseffect heeft gelijk aan (1-α) = ε. Dat levert dan een emissiviteit op zonder broeikaseffect van 1 – 0,3129 = 0,6871. De emissiviteit van de Aarde met een broeikaseffect is gelijk aan 0,6026. Met behulp van het door mij ontwikkeld model kun je dan aantonen wat de temperaturen zullen zijn met een broeikaseffect en zonder. Het verschil tussen beide temperaturen is dan de omvang van het broeikaseffect in graden Celsius. Het resultaat staat vermeld in tabel II;

tab-2-met-zonder-bke

Tabel II – Temperaturen Aarde met en zonder het broeikaseffect

Het broeikaseffect zorgt er voor dat de gemiddelde temperatuur van het oppervlakte van de Aarde ruim 9 °C hoger is. Dit lijkt erg weinig maar tijdens het dieptepunt van de ijstijd schijnt de Aarde circa 4,5 °C kouder te zijn geweest. Er was toen veel minder kooldioxide in de atmosfeer maar de atmosfeer was toen veel kouder en dus ook veel droger. Waterdamp is een heel sterk broeikaseffect. Het verschil in temperatuur zou dus best kunnen kloppen.

We kunnen ook proberen om het broeikaseffect te bepalen in de vorm van extra energie die vanuit de atmosfeer het oppervlakte van de Aarde bereikt en daarmee het oppervlakte ruim 9 °C warmer maakt. Dit kan men bepalen door vast te stellen hoeveel energie het oppervlakte uitstraalt met en zonder het broeikaseffect. De emissiviteit van het oppervlakte naar de atmosfeer is zo goed als een. Het verschil in energie moet ergens vandaan komen. Het komt voort uit het bestaan van een broeikaseffect.  Dit resultaat staat vermeldt in tabel III;

tab-3-omvang-bke

Tabel III – Het broeikaseffect bepaalt in W/m2

De omvang van het broeikaseffect komt overeen met ruim 9 °C in temperatuur en 48 W/m2 in termen van extra energie die de atmosfeer uitstraalt naar het oppervlakte.

In de volgende paragraaf wil ik proberen om of er iets zinnigs te zeggen valt over het versterkt broeikaseffect.

Het versterkt broeikaseffect

Voor het uitproberen van het versterkt broeikaseffect gebruik ik de variabelen die in een eerder onderzoek is gebruikt. Deze is nauwkeurig genoeg om weer te geven waar het om gaat namelijk de verschillen die optreden als we er van uit gaan dat gemiddelde temperatuur van het oppervlakte van de Aarde 1°C warmer is geworden in de afgelopen 100 jaar.  De resultaten zijn weergegeven in tabel IV;

tabel-4a-agw-1-graad

Tabel IV – Het versterkt broeikaseffect met een opwarming van 1°C

De term tussen rechte haken is iets groter geworden en de emissiviteit is iets kleiner. Het lijkt dus te kunnen kloppen. Terwijl de uitkomst van formule VII zo goed als nul is en ook zo blijft. We gaan er van uit dat de albedo en de zonne-energie het zelfde zijn gebleven. We beperken ons volledig op wat er gebeurd bij een opwarming van 1°C. Het resultaat komt overeen met de verwachting.

Conclusie

Het broeikaseffect is een eigenschap van de atmosfeer. Het zorgt ervoor dat de gemiddelde temperatuur hoger is dan zonder deze eigenschap mogelijk is. Maar hoe toon je aan dat deze eigenschap bestaat? Met behulp van de door mij ontwikkelde methode lijkt het mogelijk om aan te tonen dat het broeikaseffect bestaat. De term tussen rechte haken is dan groter dan één. Dat wil zeggen dat de Aarde minder energie uitstraalt dan op grond van geabsorbeerde zonne-energie verwacht mag worden. Het broeikaseffect is ruim 9 °C in temperatuur en 48 W/m2 in termen van extra energie die de atmosfeer uitstraalt naar het oppervlakte. Ook lijkt het mogelijk om iets zinnigs te zeggen over het versterkt broeikaseffect. Dit zorgt er voor dat het warmer wordt op Aarde. De term tussen rechte haken neemt toe. Het geen overeenkomt met de verwachting.

 Literatuurlijst

Wikipedia – Broeikaseffect

Wikipedia – Greenhouse effect

Wikipedia – Greenhouse gas

Wikipedia – Stefan-Boltzmann Law

Wikipedia – Zwarte straler

Ontwikkelen van een simpel model

Simulaties voor de Maan

Een serie artikelen over het broeikaseffect

Bestaat het broeikaseffect eigenlijk wel?

 

 

Over Raymond Horstman

Onderzoeker, analist, schrijver. Havo B-pakket, HBO analytische chemie en propedeuse Bestuurskunde aan de Universiteit van Twente. Een brede belangstelling in algemene zaken en een bijzondere interesse in klimaatstudies. Mijn woonplaats wordt door een bekend schrijver die er gewoond heeft omschreven als het "onliefelijk stadje E.". Een bekend dichter had het over het einde van de spoorlijn. Het is een fijne stad om in te wonen. Kort samengevat: E. heeft het!
Dit bericht werd geplaatst in artikel en getagged met , , , , , , . Maak dit favoriet permalink.

3 reacties op Het broeikaseffect bestaat wel

  1. Pingback: Vergelijkingen | Raymond FANTASTische Horstman

  2. Pingback: De Aarde heeft geen Broeikaseffect nodig | Raymond FANTASTische Horstman

  3. Pingback: Heeft de Aarde nu wel of niet een broeikaseffect – Deel 1 – De rekensommen | Raymond FANTASTische Horstman

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.