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Foro general de Meteorología => Climatología => Cambio climático => Mensaje iniciado por: _00_ en Sábado 10 Octubre 2009 16:46:02 pm
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El documento es más extenso, tabla de contenido, wiki, ....
The greenhouse effect in a semi-transparent atmosphere with radiation equilibrium at the surface. On the basis of hundreds of measurements of real atmospheric profiles of temperature and humidity, in different seasons en on different latitudes.
Establishing the right theoretical basis for the relationship between greenhouse gas increase and climate change is so important, that we cannot allow ourselves to evade discussion about its physical foundation. The Netherlands, having a reputation of four centuries of criticizing established opinions, should organize this discussion on an appropriate scientific level.
Based on an original draft by Dr. Noor van Andel, Fiwihex, Wierdensestraat 74, Almelo, May 2008.
Synopsis
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The standard theory of anthropogenic global warming is challenged by a new theory which is based on empirical evidence and a reevaluation of the Eddinger equations, using a different set of boundary conditions. In this exposition the Eddington radiation equilibrium equations (which apply to stars) are solved correctly for a planet with a semi-transparent atmosphere, like the Earth. The correct solutions predict that Earth's atmosphere holds an amount of greenhouse gases that maximize radiation of heat into space. It appears that the Earth has a self-regulation mechanism that allows increases of CO2 to exert only a very minor influence on the planet's temperature. Independent measurements give insight into the mechanism of how this self-regulation takes place. Still other measurements contradict the atmospheric heating that supposedly follows directly from standard climate models as a result of increased CO2 during the last few decades. Cooling is observed, instead. Due to the importance of the problem for policies that affect the well-being of the world's population, we conclude that there are now ample grounds to organize a discussion between the scientific proponents of these two theories.
Introduction
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During the 2008 International Conference on Global Warming, Dr. Ferenc Miskolczi (FM) presented his radical new theory of the greenhouse effect [1]. Arthur Rörsch asked me to help him explain FM's theory in more common terms, and initiated a discussion with our national expert, Dr. Rob van Dorland, KNMI, the Dutch Royal Meteorological Institute, to critique FM's new theory. Of course, Ferenc Miskolczi himself participated in this e-mail discussion. Miskolczi's new theory predicts a much smaller effect (about 10%) from increased greenhouse gases on the mean temperature of the Earth, compared to the conventional global warming theory caused by anthropogenic greenhouse gases promulgated by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).{refs needed} Rob van Dorland examined infrared atmospheric radiation, the greenhouse effect, and climate change as a function of greenhouse gas concentrations.{ref to dissertation, papers} My experience as a physicist is heat transfer in general, and the design of “energy producing greenhouses” by employing efficient heat exchangers [2].
While I have written many computer models myself, I am much more an experimentalist than a theorist. Thus I am suspicious of complicated numerical solutions. I was impressed by FM's theory because it gives closed form algebraic solutions that are quite open to inspection. However, FM's paper is not easily understandable without a good background in climatology. I found it somewhat difficult to read because a number of well-known physical laws are mentioned solely as illustrations, and not as part of FM's climate theory [3]. However, it is not too difficult to evaluate FM's theory with widely published measurements. These measurements support FM's new theory, albeit that the underlying physics of weather is too complex to be modeled in simple algebraic equations. Exception is the latent heat transfer form a wet surface upwards, that can be analytically explained from first principles. From this function a strong negative feedback to the influence of e.g. CO2 doubling can be derived.
Greenhouse heat transfer
A market garden greenhouse is not warm only because the glass cover is transparent for visible light & opaque for infrared radiation [IR]. The greenhouse is warm because the closed structure does not let out the warm and humid air. A greenhouse with walls and a roof that is IR transparent is only a little bit lower in temperature. This was demonstrated as early as the 1920's by experiments performed by Wood (ref?).
The standard “man-made Global Warming” theory, in contrast to this experience, teaches us that the energy received from the Sun at Earth's surface is radiated into space through an atmosphere which contains infra-red absorbing gases (such as CO2 and H20), which absorb and “trap” some of the energy. Part of this energy is re-irradiated back to the surface, keeping it warmer than it would otherwise be. This is the current “greenhouse effect” concept. Therefore, this theory suggests that, if IR absorbing gases increase, more energy is “trapped,” and the surface temperature increases due to increased “back-radiation” and a hindrance to radiation to space. The “greenhouse” in this “greenhouse gas” theory replaces the glass in a greenhouse with a theoretical “blanket” of IR-absorbing gases.
(The astute reader will see immediately that the “blanket” analogy is really the same mistaken idea as the greenhouse analogy, since blankets also work primarily by reducing convection. But, regardless, it is postulated that the IR-active gases in the atmosphere trap the outgoing IR and send some of it back to the surface, thereby decreasing the amount of heat that would otherwise be lost–thereby creating a “greenhouse effect”).
FM's theory, in agreement with the actual empirically verified greenhouse mechanism, teaches us instead that the heat transfer from the surface is by non-radiative processes: vertical & horizontal convection, water evaporation, cloud formation, rain and snow. And FM teaches us more: Our atmosphere has, in the global and time-averaged mean value, a constant optical thickness, so, when more CO2 is injected, the atmosphere compensates by changing its water vapor content to regain the equilibrium.
The atmosphere optimizes its optical thickness to allow for the maximum heat transfer to space, by adjusting its IR absorbance.
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The new climate theory of Dr. Ferenc Miskolczi (http://landshape.org/dokuwiki/doku.php?id=introduction)
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Esta teoría me parece mas intuitiva y natural que la que defienden los calentólogos. Los dos últimos párrafos son muy gráficos:
La teoría de FM, de acuerdo con el mecanismo real de efecto invernadero verificarse empíricamente, nos enseña en cambio que la transferencia de calor de la superficie por procesos no radiativos: la evaporación del agua y la convección vertical, horizontal, la formación de nubes, lluvia y nieve. Y FM nos enseña más: nuestra atmósfera, en el mundial y el tiempo promedio de valor medio, un espesor óptico constante, por lo que, cuando se inyecta más CO2, la atmósfera lo compensa cambiar su contenido de vapor de agua para recuperar el equilibrio.
El ambiente optimiza su espesor óptico para permitir la máxima transferencia de calor al espacio, ajustando su absorbancia de infrarrojos.
Habrá que estar atentos a la polémica que va a traer seguro esta nueva teoría.
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ya me extrañaba que no se hubiese comentado antes, por que la historia tiene tela :o
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Algo de esto dice el Sr. Ferenc Miskolczi (http://met.hu/doc/idojaras/vol111001_01.pdf), el cual sí es fisico de la Atmósfera, por cierto..... aunque algunas de sus tesis (en especial la igualdad de flujos entrantes y salientes de la atmosfera) me parecen discutibles.
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pero al parecer pasó desapercibido,
más,
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"Runaway greenhouse theories contradict energy balance equations," Miskolczi states. Just as the theory of relativity sets an upper limit on velocity, his theory sets an upper limit on the greenhouse effect, a limit which prevents it from warming the Earth more than a certain amount.
How did modern researchers make such a mistake? They relied upon equations derived over 80 years ago, equations which left off one term from the final solution.
Miskolczi's story reads like a book. Looking at a series of differential equations for the greenhouse effect, he noticed the solution -- originally done in 1922 by Arthur Milne, but still used by climate researchers today -- ignored boundary conditions by assuming an "infinitely thick" atmosphere. Similar assumptions are common when solving differential equations; they simplify the calculations and often result in a result that still very closely matches reality. But not always.
So Miskolczi re-derived the solution, this time using the proper boundary conditions for an atmosphere that is not infinite. His result included a new term, which acts as a negative feedback to counter the positive forcing. At low levels, the new term means a small difference ... but as greenhouse gases rise, the negative feedback predominates, forcing values back down.
NASA refused to release the results. Miskolczi believes their motivation is simple. "Money", he tells DailyTech. Research that contradicts the view of an impending crisis jeopardizes funding, not only for his own atmosphere-monitoring project, but all climate-change research. Currently, funding for climate research tops $5 billion per year.
Miskolczi resigned in protest, stating in his resignation letter, "Unfortunately my working relationship with my NASA supervisors eroded to a level that I am not able to tolerate. My idea of the freedom of science cannot coexist with the recent NASA practice of handling new climate change related scientific results."
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Researcher: Basic Greenhouse Equations "Totally Wrong" (http://www.dailytech.com/Researcher%20Basic%20Greenhouse%20Equations%20Totally%20Wrong/article10973.htm)
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Miskolczi rewrote the equations and the modified equations don't indicate a runaway greenhouse effect. His equations indicate a limit to any greenhouse effect. Thus even if there is a greenhouse effect it cannot do what the Rev. Al Gore claims it will do.
Research by Stephen Schwartz also challenges claims of a runaway greenhouse effect.
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Greenhouse Gas Equation Wrong (http://globalwarmingnot.blogtownhall.com/2008/03/08/greenhouse_gas_equation_wrong.thtml)
conclusiones "oficiales", pdf: HEAT CAPACITY, TIME CONSTANT, AND SENSITIVITY OF EARTH'S CLIMATE SYSTEM (http://www.ecd.bnl.gov/steve/pubs/HeatCapacity.pdf)
His theory was eventually published in a peer-reviewed scientific journal in his home country of Hungary, pdf (http://met.hu/download.php?file=IDOJARAS_vol113_No3&id=1&type=1)
"In essence Dr Miskolczi showed that the solution to a differential equation for the greenhouse effect developed in 1922 by Arthur Milne, and central to the current paradigm, wrongly assumed an infinitely thick atmosphere. In re-solving this equation a new term and also a new law of physics have been proposed setting an upper limit to the greenhouse effect. Dr Miskolczi’s theory indicates that any warming from elevated atmospheric carbon dioxide will eventually be offset by a change in atmospheric moisture content. ...
Meanwhile, another Hungarian physicist, Miklos Zagoni, has provided the following summary of the new controversial theory:
As it happens, these new relations supply a profound new understanding of the old, well-known set of energy balance conditions. Substituting them into the old equations, Miskolczi recognized that a new overall global energetic constraint applies to the atmosphere. ...
That is to say, the Earth’s atmosphere dynamically keeps its greenhouse effect right at its critical value, regardless of our continuing CO2 emissions, regardless of any change in atmospheric CO2 concentration in the past ten thousand years. Miskolczi’s dynamic constraint keeps the greenhouse effect “climatically saturated”: emitting CO2 into the air cannot increase the normalized greenhouse factor g because any impact of human addition of CO2 is dynamically countered by about 1% decrease of the main greenhouse gas, water vapor (moisture) in the atmosphere. ...
According to this [NOAA global average] database, the atmosphere’s moisture content during 61 years from 1948 to 2008 in global average decreased by about 1%. This amount was the climate process’s automatic dynamic response and was enough to counter the impact of any CO2 and methane increase. ...
But, remarkably and surprisingly, these results say that the ratio of the surface temperature to the sum of the incoming energies is fixed at a critical value; the ratio cannot be altered by adding a greenhouse gas such as CO2. The climate temperature is fully sensitive to real changes in the external drivers [solar and albedo changes] that increase the energy input. But it is not at all sensitive to addition of greenhouse gases such as CO2 to the atmosphere."
Jennifer Marohasy on Ferenc Miskolczi (http://heliogenic.blogspot.com/2009/05/jennifer-marohasy-on-fenenc-miskolczi.html)
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Esto no hay por donde cogerlo :confused:
¿Que va a ser lo siguiente?¿Decir que está mal el primer principio de la termodinámica? :P
Me parece charlatanería, no argumenta de forma comprensible. Este párrafo por ejemplo no tiene sentido, lo que dice simplemente no es verdad.
FM's theory, in agreement with the actual empirically verified greenhouse mechanism, teaches us instead that the heat transfer from the surface is by non-radiative processes: vertical & horizontal convection, water evaporation, cloud formation, rain and snow. And FM teaches us more: Our atmosphere has, in the global and time-averaged mean value, a constant optical thickness, so, when more CO2 is injected, the atmosphere compensates by changing its water vapor content to regain the equilibrium.
Según la teoría que se enseña en las universidades, si tenemos en cuenta solo los flujos radiativos la superficie terrestre se enfriaría a 1ºC/día o algo así, cito de memoria, y esto no ocurre porque también hay que tener en cuenta los flujos de calor latente y sensible. Y por supuesto se propaga al resto de la troposfera por convección y por radiación. ¿Estoy entendiendo mal o está presentando esto como un aporte novedoso de su teoría?
Lo de que un descenso mágico de la cantidad de vapor de agua compensa cualquier emisión de CO2 resulta muy difícil de creer.
En fin, que en la NASA no le hicieron ni caso, pues normal...
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al parecer es precisamente eso el tema de discusión, según voy leyendo (no le he dedicado tiempo aún), "las ecuaciones del CC" no contemplarían (o no lo harían correctamente) esa realimentación por convección, precipitación,...
y al aplicar esos criterios adecuadamente, los resultados serían diferentes.
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Esto no hay por donde cogerlo :confused:
¿Que va a ser lo siguiente?¿Decir que está mal el primer principio de la termodinámica? :P
Me parece charlatanería, no argumenta de forma comprensible. Este párrafo por ejemplo no tiene sentido, lo que dice simplemente no es verdad.
FM's theory, in agreement with the actual empirically verified greenhouse mechanism, teaches us instead that the heat transfer from the surface is by non-radiative processes: vertical & horizontal convection, water evaporation, cloud formation, rain and snow. And FM teaches us more: Our atmosphere has, in the global and time-averaged mean value, a constant optical thickness, so, when more CO2 is injected, the atmosphere compensates by changing its water vapor content to regain the equilibrium.
Según la teoría que se enseña en las universidades, si tenemos en cuenta solo los flujos radiativos la superficie terrestre se enfriaría a 1ºC/día o algo así, cito de memoria, y esto no ocurre porque también hay que tener en cuenta los flujos de calor latente y sensible. Y por supuesto se propaga al resto de la troposfera por convección y por radiación. ¿Estoy entendiendo mal o está presentando esto como un aporte novedoso de su teoría?
Lo de que un descenso mágico de la cantidad de vapor de agua compensa cualquier emisión de CO2 resulta muy difícil de creer.
En fin, que en la NASA no le hicieron ni caso, pues normal...
Tal vez quieras leer el original http://www.met.hu/idojaras/IDOJARAS_vol111_No1_01.pdf
Lo curioso es que esa teoría es coherente con las observaciones. Ya comentamos hace días el efecto de que la radiación observada emitida en i.r aumentaba con la temperatura y en promedio a lo largo de varios años, lo que no se explica según las tesis del IPCC. (entre los trópicos).
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Gracias Fortuna por el enlace, 40 páginas...bueno, lo he mirado por encima.
No se con que observaciones es coherente, porque el aumento en la absorción de IR provocado por el CO2 y otros gases si se ha medido de varias maneras, y ellos dicen que no debería de haber ninguno.
Por ejemplo en los artículos que se citan aquí:
http://www.skepticalscience.com/How-do-we-know-CO2-is-causing-warming.html
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Aún lo estoy leyendo, básicamente porque voy combinando su lectura con esta publicación (http://smsc.cnes.fr/documentation/IASI/Publications/LBL_EX.pdf) anterior. Pero en principio me resulta muy chocante como usa la ley de Kirchhoff.
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No se con que observaciones es coherente.
@Markel, lo discutimos aquí: https://foro.tiempo.com/climatologia/articulos+cientificos+en+contra+del+calentamiento+antropogenico-t65417.0.html;msg2112469#msg2112469 y en http://www.leif.org/EOS/2009GL039628-pip.pdf aunque @Estrocumulos indicó que eso era posible por ser el estudio en zonas tropicales, que distribuyen el calor hacia los polos. (se habla de esta limitación en el artículo, pero aún así, se estima que la retroalimentación es negativa).
El artículo de http://landshape.org/dokuwiki/doku.php?id=introduction al menos deja claro que la imagen que se tiene del efecto invernadero es falsa, en el sentido de que es la convección lo más importante. Lo digo porque el ejemplo del automóvil que que se calienta al sol por este efecto es muy popular. (no sé si has leido los experimentos que hace). Por su puesto, nadie niega el efecto, sino más bien los feedbaks y la magnitud y sentidos del mismo. En las últimas páginas del enlace tienes imágenes de observaciones de satélite que parecen indicar que la tierra responde de forma diferente a los esperado. Figuras 14 a 21.
Sobre el modelo de Miskolczi, lo que no me convence es que indica que la capacidad calorífica de las superficie es 0. Así justifica que hay equlibrio térmico instantáneo entre la superficie y la atmósfera, que no me lo creo. Sobre todo por que, aunque la superfecie continental pudiera estar en promedio a la misma temperatura que el aire en contacto, los océanos sí que pueden absorver o eliminar calor.
Respecto al enlace que pasas, la primera imagen, parece que el metano es mucho más importante que el CO2. Además, hecho de menos el vapor de agua.
Un saludo.
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¿Y cómo explica este señor el clima de Venus? ::)
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Si lo encuentro lo pongo, imagino que algo sabrá, su especialidad es la climatología planetaria ;)
aunque me parece que en su "paper" su modelo correlaciona bastante bien con la atmósfera de Venus, o eso he leído,
por cierto: ¿cual es la respuesta de los modelos para un 97% de CO2 en la atmósfera (y un 60% más densa)? ¿correlacionan con lo estudiado en Venus? :brothink:
¿que temperatura dan?
¿es ese resultado de acorde a nuestra distancia respecto al sol (comparándolo con venus)?
(yo tengo entendido que la climatología de Venus se debe a la alta densidad más que a que sea CO2, N2, O2, H2O, NO3,...)
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¿Y cómo explica este señor el clima de Venus? ::)
Venus para nada tiene humedad. Ese es su problema principal. Perdió el agua por culpa de no tener campo magnético ni rotación rápida. Además Venus poco tiene que ver pues la luz visible no entra por la opacidad de las nubes de CO2 de la atmósfera que confieren al planeta un albedo del 70%. Curiosamente Venus se calienta exclusivamente por radiación UV ya que el planeta no tiene capa de ozono.
Este señor precisamente habla de atmósferas transparentes y no opacas.
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habla de esta teoría,pero no se si debería ir aquí o a un tema sobre circulación atmosférica y su influencia solar.
Stratospheric Compensation Model of Climate Change (http://landshape.org/enm/wp-content/uploads/2008/06/AIGnewsSC.pdf)
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Pues ya me la he leida detenidamente.
Y me surge una duda:
Cuando aplica el teorema de virial.. ¿no se olvida de incluir el potencial debido a colisiones con la superficie de la tierra? Tenía entendido que ese teorema sólo funciona si se incluyen TODAS las fuerzas para cada partícula.
Y, claro, si falla eso también falla la asunción de que 2<K> es igual a -<V>, con lo que todo se derrumba.
Y es una lástima, porque explicaba muy bien la actual incongruencia entre lo pronosticado por la teoría oficial (que el máximo calentamiento debe darse en la tropopausa tropical) y lo observado.
¿Y cómo explica este señor el clima de Venus? ::)
¿no lo explica?
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Según esta interesante teoría el efecto invernadero en la atmósfera estaría limitado independientemente del aumento de GEI por un mecanismo de retroalimentación negativa debido al vapor de agua que ante un aumento de co2 haría que disminuyera el vapor de agua en la proporción necesaria para mantener la temperatura constante a igualdad de flujo de energía solar recibido. Sin embargo, el efecto invernadero debido al co2 ¿no estaría ya limitado por el hecho de que la mayor parte de los fotones emitidos por la Tierra en la banda de absorción del co2 ya son efectivamente absorbidos por el que actualmente está ya en la atmósfera (400 ppm) y un aumento posterior no cambiaría ese número de fotones emitidos en esa banda?.
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Según esta interesante teoría el efecto invernadero en la atmósfera estaría limitado independientemente del aumento de GEI por un mecanismo de retroalimentación negativa debido al vapor de agua que ante un aumento de co2 haría que disminuyera el vapor de agua en la proporción necesaria para mantener la temperatura constante a igualdad de flujo de energía solar recibido. Sin embargo, el efecto invernadero debido al co2 ¿no estaría ya limitado por el hecho de que la mayor parte de los fotones emitidos por la Tierra en la banda de absorción del co2 ya son efectivamente absorbidos por el que actualmente está ya en la atmósfera (400 ppm) y un aumento posterior no cambiaría ese número de fotones emitidos en esa banda?.
No acierto a imaginar un mecanismo de retroalimentación negativa proveniente del vapor de agua. Por eso me gustaría mucho que alguien me lo explicara en los términos más sencillos posibles.
En cuanto a que los fotones IR provenientes de la Tierra ya están siendo absorbidos casi totalmente y que, en consecuencia, ya no cabe mayor calentamiento por mucho que aumente el CO2 atmosférico, yo era de esa opinión hasta ayer por la noche, pero ya no lo soy:
Los fotones IR que emite una molécula de GEI, lo más probable es que sean absorbidos por otras moléculas de GEI y no solamente por la Tierra o perdidos en el Espacio.
Además, cuanto más próximas estén las moléculas de GEI (mayor concentración volumétrica de GEI), más probable será que un fotón emitido por una de ellas sea absorbido por otra, y de esa a una tercera, y… más tardará ese fotón en ser absorbido por la Tierra o en perderse en el Espacio.
Cuantas más moléculas de GEI haya y más juntas estén, mayor será el número de fotones que estarán “enganchados” en esas moléculas sin conseguir escapar al Espacio, con lo que esas moléculas estarán más calientes cuanto más abundantes sean.
Al aumentar el CO2 por encima de la concentración que permite que ningún fotón se escape al Espacio sin haber sido absorbido por una molécula GEI, no es que se absorban más fotones –que es imposible- es que las moléculas GEI, más abundantes, retienen los fotones durante más tiempo mientras se los van pasando más veces de una a otra, y ello produce un aumento adicional de la temperatura.
Saludos,
JM
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Al aumentar el CO2 por encima de la concentración que permite que ningún fotón se escape al Espacio sin haber sido absorbido por una molécula GEI, no es que se absorban más fotones –que es imposible- es que las moléculas GEI, más abundantes, retienen los fotones durante más tiempo mientras se los van pasando más veces de una a otra, y ello produce un aumento adicional de la temperatura.
Saludos,
JM
Con ese postulado estás infringiendo la ley de la conservación de la energía. Si el fotón pasa de una molécula a otra no se calientan las dos, una se calienta y la otra se enfría, así que de aumento adicional de la temperatura nada de nada.
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No,
un fotón llega a una molécula con una frecuencia y salen otro, o varios, con otra frecuencia, calentando también a los otros (con otros espectros de absorción....hasta que se diluye la energia del "fotón"
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No,
un fotón llega a una molécula con una frecuencia y salen otro, o varios, con otra frecuencia, calentando también a los otros (con otros espectros de absorción....hasta que se diluye la energia del "fotón"
La energía total del fotón es la que es, y cuando una molécula absorbe un fotón se calienta, pero si lo emite se enfría, así que no hay ningún calentamiento adicional.
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Según esta interesante teoría el efecto invernadero en la atmósfera estaría limitado independientemente del aumento de GEI por un mecanismo de retroalimentación negativa debido al vapor de agua que ante un aumento de co2 haría que disminuyera el vapor de agua en la proporción necesaria para mantener la temperatura constante a igualdad de flujo de energía solar recibido. Sin embargo, el efecto invernadero debido al co2 ¿no estaría ya limitado por el hecho de que la mayor parte de los fotones emitidos por la Tierra en la banda de absorción del co2 ya son efectivamente absorbidos por el que actualmente está ya en la atmósfera (400 ppm) y un aumento posterior no cambiaría ese número de fotones emitidos en esa banda?.
No acierto a imaginar un mecanismo de retroalimentación negativa proveniente del vapor de agua. Por eso me gustaría mucho que alguien me lo explicara en los términos más sencillos posibles.
En cuanto a que los fotones IR provenientes de la Tierra ya están siendo absorbidos casi totalmente y que, en consecuencia, ya no cabe mayor calentamiento por mucho que aumente el CO2 atmosférico, yo era de esa opinión hasta ayer por la noche, pero ya no lo soy:
Los fotones IR que emite una molécula de GEI, lo más probable es que sean absorbidos por otras moléculas de GEI y no solamente por la Tierra o perdidos en el Espacio.
Además, cuanto más próximas estén las moléculas de GEI (mayor concentración volumétrica de GEI), más probable será que un fotón emitido por una de ellas sea absorbido por otra, y de esa a una tercera, y… más tardará ese fotón en ser absorbido por la Tierra o en perderse en el Espacio.
Cuantas más moléculas de GEI haya y más juntas estén, mayor será el número de fotones que estarán “enganchados” en esas moléculas sin conseguir escapar al Espacio, con lo que esas moléculas estarán más calientes cuanto más abundantes sean.
Al aumentar el CO2 por encima de la concentración que permite que ningún fotón se escape al Espacio sin haber sido absorbido por una molécula GEI, no es que se absorban más fotones –que es imposible- es que las moléculas GEI, más abundantes, retienen los fotones durante más tiempo mientras se los van pasando más veces de una a otra, y ello produce un aumento adicional de la temperatura.
Saludos,
JM
El otro día te ofrecieron un enlace donde consultar qué era de verdad el efecto inveradero, lo seguí y creo que era muy interesante. En el se describe que la verdadera razón por la que un invernadero se calienta no es porque los plásticos eviten la emisión de radiación infrarroja al exterior, la verdadera razón de que se caliente el interior de un invernadero es porque impide que se forme los procesos de convección del aire caliente y sea reemplazado por aire mas frio de los alrededores. Si se abriera una ventana en el techo del invernadero casi todo el calor escaparía por el por convección. En la atmósfera hay un sistema muy poderoso de convección protagonizado por el agua y su ciclo hidrológico, el agua de los océanos se evapora absorbiendo calor del exterior a razón de unas 500 cal por gramo, ese vapor se eleva en la atmósfera transportando ese calor latente y a 2, 3, 4 o 5000 metros de altura cuando encuentre una T apropiada se condensa convirtiendose en gotas de agua y desprendiendo ese calor latente. Ese vapor de agua ha generado dos efectos, por un lado ha transportado ese calor a 4 o 5000 metros de altura saltándose el "muro" que supone la atmósfera y por otro ha formado gotas de agua a 5000 metros reflejando la luz del sol evitando que llegue a la superficie. Es claro que si la baja atmósfera se caliente por el co2 será capaz de contener mas vapor de agua y en consecuencia potenciar no solo esa cadena de transporte de calor desde 0 a 5000 metros sino también formar mas nubes que eviten el calentamiento o incluso generen enfriamiento.
También en ese artículo se apunta superficialmente a que el verdadero efecto del co2 no sería tanto que interceptara la radiación infrarroja como que su acumulación evite que salga de la atmósfera hacia el espacio exterior, algo así como un muro de ladrillo que mientras mas grueso sea (mas concentración de co2) mas efectivo sea a la hora de aislar una habitación. Ese efecto depende tanto de la capacidad calorífica como de la conductividad térmica de la atmósfera sin tener en cuenta los procesos de convección. Pero es que los procesos de convección son mas poderosos y precisamente un aumento de T los potencia.
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Al aumentar el CO2 por encima de la concentración que permite que ningún fotón se escape al Espacio sin haber sido absorbido por una molécula GEI, no es que se absorban más fotones –que es imposible- es que las moléculas GEI, más abundantes, retienen los fotones durante más tiempo mientras se los van pasando más veces de una a otra, y ello produce un aumento adicional de la temperatura.
Saludos,
JM
Con ese postulado estás infringiendo la ley de la conservación de la energía. Si el fotón pasa de una molécula a otra no se calientan las dos, una se calienta y la otra se enfría, así que de aumento adicional de la temperatura nada de nada.
Perdona, Roberto. He aquí el razonamiento completo. A ver si te gusta/convence.
La energía de los fotones que una Atmósfera en equilibrio térmico emite hacia el Espacio, sumada a la de los fotones reflejados por efecto albedo, es siempre igual a la energía que se recibe del Sol. Y esto no depende de la temperatura que tenga la Atmósfera.
¿Estamos de acuerdo con esto?
Supongamos una Atmósfera en equilibrio térmico con una determinada cantidad de GEI y, por tanto, con una determinada temperatura.
Supongamos también que, pasado algún tiempo, nos encontramos con una segunda Atmósfera, también en equilibrio térmico, pero con una concentración de GEI algo mayor, y sin que haya variado la radiación solar ni el albedo global.
Imagino que estaremos de acuerdo en que la segunda Atmósfera estará un poco más caliente que la primera, y, sin embargo, la cantidad de fotones que se escapan al Espacio no ha variado.
Si la atmósfera está más caliente, es que contiene más energía térmica. Y si sigue estando en equilibrio térmico es que no ha aumentado el número de fotones que se escapan al Espacio por unidad de tiempo.
A ver cómo explicamos ambos hechos:
¿Qué pasa dentro de una Atmósfera que tiene una cierta cantidad de moléculas de GEI (en adelante MGEI)?
Pues que cada MGEI está emitiendo fotones, que son absorbidos por otras MGEI, y está también absorbiendo fotones procedentes de otras MGEI. Llamemos “fotones viajeros” a estos fotones que revolotean de MGEI en MGEI.
De vez en cuando sucederá que un fotón viajero sea emitido en un punto suficientemente alto de la Atmósfera y según una trayectoria que, en conjunto, hagan que ese fotón viajero consiga escapar al Espacio.
Ahora bien, cuantas más MGEI haya en la Atmósfera, más fácil será que el “fotón promedio” emitido por una MGEI tropiece con otra MGEI, y con otra, y con otra… hasta, por fin, conseguir escapar al Espacio. Es evidente que este fotón tardará en llegar al Espacio más de lo que hubiese tardado con menos MGEI. Esto mismo se puede expresar de otra manera diciendo que la velocidad de ascenso de los fotones hacia el Espacio es menor cuantas más MGEI haya en la Atmósfera.
Pero como el número de fotones por unidad de tiempo que se tienen que escapar al Espacio para que la Atmósfera esté en equilibrio, es siempre el mismo, en la atmósfera con muchas MGEI (fotones “lentos”) tendrá que haber más fotones viajeros intentando escapar.
Mientras no haya suficientes fotones escapando al Espacio, la Atmósfera se estará calentando, porque sus MGEI están absorbiendo radiación que todavía no son capaces de re-emitir.
¿Dónde está la energía que la Atmósfera absorbe y no re-emite? En dos lugares:
1) En forma de más fotones viajeros
2) En forma de más calor en las moléculas MGEI (y resto de moléculas de los gases atmosféricos)
¿De dónde procede esa energía que la Atmósfera absorbe y no re-emite? Pues, obviamente, del Sol durante el tiempo necesario para volver a alcanzar el equilibrio térmico.
Fíjate que en el punto 2) de arriba se respeta lo que todos sabemos: que una MGEI más caliente emite más energía por unidad de tiempo. Las MGEI más abundantes están más calientes y emiten más energía. La Atmósfera está más caliente y también emite más energía, pero la que “se le escapa al Espacio” es la misma. Todo el aumento de emisión energética de la Atmósfera se va al “reciclaje”, con la Tierra, y con la propia Atmósfera.
También verás que no me he saltado el primer principio de la termodinámica en ningún lugar. La mayor cantidad de energía que almacena la Atmósfera no sale “de la nada” sino de la radiación solar que la Atmósfera absorbe y no re-emite durante el tiempo necesario para volver a alcanzar el equilibrio térmico.
En todo lo anterior he omitido, por simplicidad, las referencias a la Tierra como emisor de fotones y receptor de fotones atmosféricos, lo cual no cambia para nada los razonamientos, A estos efectos, la Tierra se comporta como un puñado más de MGEI que participa también en los reciclajes de fotones. La única función privativa de laTierra es la de absorber radiación visible del Sol y re-emitirla como infrarroja.
Espero haberlo explicado con claridad.
Saludos,
JM
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Según esta interesante teoría el efecto invernadero en la atmósfera estaría limitado independientemente del aumento de GEI por un mecanismo de retroalimentación negativa debido al vapor de agua que ante un aumento de co2 haría que disminuyera el vapor de agua en la proporción necesaria para mantener la temperatura constante a igualdad de flujo de energía solar recibido. Sin embargo, el efecto invernadero debido al co2 ¿no estaría ya limitado por el hecho de que la mayor parte de los fotones emitidos por la Tierra en la banda de absorción del co2 ya son efectivamente absorbidos por el que actualmente está ya en la atmósfera (400 ppm) y un aumento posterior no cambiaría ese número de fotones emitidos en esa banda?.
No acierto a imaginar un mecanismo de retroalimentación negativa proveniente del vapor de agua. Por eso me gustaría mucho que alguien me lo explicara en los términos más sencillos posibles.
En cuanto a que los fotones IR provenientes de la Tierra ya están siendo absorbidos casi totalmente y que, en consecuencia, ya no cabe mayor calentamiento por mucho que aumente el CO2 atmosférico, yo era de esa opinión hasta ayer por la noche, pero ya no lo soy:
Los fotones IR que emite una molécula de GEI, lo más probable es que sean absorbidos por otras moléculas de GEI y no solamente por la Tierra o perdidos en el Espacio.
Además, cuanto más próximas estén las moléculas de GEI (mayor concentración volumétrica de GEI), más probable será que un fotón emitido por una de ellas sea absorbido por otra, y de esa a una tercera, y… más tardará ese fotón en ser absorbido por la Tierra o en perderse en el Espacio.
Cuantas más moléculas de GEI haya y más juntas estén, mayor será el número de fotones que estarán “enganchados” en esas moléculas sin conseguir escapar al Espacio, con lo que esas moléculas estarán más calientes cuanto más abundantes sean.
Al aumentar el CO2 por encima de la concentración que permite que ningún fotón se escape al Espacio sin haber sido absorbido por una molécula GEI, no es que se absorban más fotones –que es imposible- es que las moléculas GEI, más abundantes, retienen los fotones durante más tiempo mientras se los van pasando más veces de una a otra, y ello produce un aumento adicional de la temperatura.
Saludos,
JM
El otro día te ofrecieron un enlace donde consultar qué era de verdad el efecto inveradero, lo seguí y creo que era muy interesante. En el se describe que la verdadera razón por la que un invernadero se calienta no es porque los plásticos eviten la emisión de radiación infrarroja al exterior, la verdadera razón de que se caliente el interior de un invernadero es porque impide que se forme los procesos de convección del aire caliente y sea reemplazado por aire mas frio de los alrededores. Si se abriera una ventana en el techo del invernadero casi todo el calor escaparía por el por convección. En la atmósfera hay un sistema muy poderoso de convección protagonizado por el agua y su ciclo hidrológico, el agua de los océanos se evapora absorbiendo calor del exterior a razón de unas 500 cal por gramo, ese vapor se eleva en la atmósfera transportando ese calor latente y a 2, 3, 4 o 5000 metros de altura cuando encuentre una T apropiada se condensa convirtiendose en gotas de agua y desprendiendo ese calor latente. Ese vapor de agua ha generado dos efectos, por un lado ha transportado ese calor a 4 o 5000 metros de altura saltándose el "muro" que supone la atmósfera y por otro ha formado gotas de agua a 5000 metros reflejando la luz del sol evitando que llegue a la superficie. Es claro que si la baja atmósfera se caliente por el co2 será capaz de contener mas vapor de agua y en consecuencia potenciar no solo esa cadena de transporte de calor desde 0 a 5000 metros sino también formar mas nubes que eviten el calentamiento o incluso generen enfriamiento.
También en ese artículo se apunta superficialmente a que el verdadero efecto del co2 no sería tanto que interceptara la radiación infrarroja como que su acumulación evite que salga de la atmósfera hacia el espacio exterior, algo así como un muro de ladrillo que mientras mas grueso sea (mas concentración de co2) mas efectivo sea a la hora de aislar una habitación. Ese efecto depende tanto de la capacidad calorífica como de la conductividad térmica de la atmósfera sin tener en cuenta los procesos de convección. Pero es que los procesos de convección son mas poderosos y precisamente un aumento de T los potencia.
Muchas gracias, Aleko.
El verdadero mecanismo del Efecto Invernadero que mencionas en tu primer párrafo ya lo conocía, pero muchas gracias de todas formas.
El segundo párrafo, sin embargo, me ha aportado ideas nuevas muy interesantes. Me gusta mucho eso de transportar calor desde abajo del todo a 5.000 m de altitud, saltándose los impedimentos que suponen las moléculas de CO2 intermedias si ese calor tuviese que ascender en forma de fotones saltando de molécula de CO2 en molécula de CO2. A esa altura, la posibilidad de que un fotón emitido por la condensación del vapor de agua consiga escaparse rápidamente al Espacio, debe de ser bastante alta.
Supongo que ese efecto enfriador del vapor de agua, junto con la formación de nubes-espejo, habría que oponerlo a su capacidad de absorber radiación IR, que parece que es grande. ¿Cuál predomina? ¿Qué efecto neto tienen? ¿Cuánto de importante en términos cuantitativos es ese efecto neto? No sé si hay datos fiables a este respecto.
Estoy bastante de acuerdo con lo que dices en el tercer párrafo (hasta lo de “algo así…”), aunque no veo cómo el CO2 puede evitar que la radiación infrarroja salga de la atmósfera hacia el exterior si antes no la intercepta. A partir del “algo así…” no lo entiendo bien. Supongo que debido principalmente a lo escueta que es la explicación.
Saludos,
JM
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No,
un fotón llega a una molécula con una frecuencia y salen otro, o varios, con otra frecuencia, calentando también a los otros (con otros espectros de absorción....hasta que se diluye la energia del "fotón"
La energía total del fotón es la que es, y cuando una molécula absorbe un fotón se calienta, pero si lo emite se enfría, así que no hay ningún calentamiento adicional.
:nononono: [emojifacepal02]
La energía del fotón es la energía transportada por un único fotón con una cierta longitud de onda y frecuencia electromagnética. A mayor frecuencia del fotón, mayor es su energía. Y a más larga longitud de onda de fotones, menor es su energía. ...
La ecuación para la energía del fotón1 es:
E = h/c λ
Donde E es la energía de los fotones, h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz en el vacío y λ es el fotón de longitud de onda. Como h y c son ambas constantes, la energía de los fotones cambia de forma inversamente proporcional a la longitud de onda λ.
Para encontrar la energía de los fotones en electronvolts, utilizando la longitud de onda en micrómetros, la ecuación es:
E ( e V ) = 1.2398/ λ ( μ m )
Por lo tanto, la energía de los fotones a 1 µm de longitud de onda (la longitud de onda cerca de la radiación de infrarrojos) es de aproximadamente 1.2398 eV.
...
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Otro apunte al respecto: no es lo mismo absorción por excitación electrónica que por vibración de los enlaces (que es básicamente lo que hacen los IR)
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No,
un fotón llega a una molécula con una frecuencia y salen otro, o varios, con otra frecuencia, calentando también a los otros (con otros espectros de absorción....hasta que se diluye la energia del "fotón"
La energía total del fotón es la que es, y cuando una molécula absorbe un fotón se calienta, pero si lo emite se enfría, así que no hay ningún calentamiento adicional.
:nononono: [emojifacepal02]
La energía del fotón es la energía transportada por un único fotón con una cierta longitud de onda y frecuencia electromagnética. A mayor frecuencia del fotón, mayor es su energía. Y a más larga longitud de onda de fotones, menor es su energía. ...
La ecuación para la energía del fotón1 es:
E = h/c λ
Donde E es la energía de los fotones, h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz en el vacío y λ es el fotón de longitud de onda. Como h y c son ambas constantes, la energía de los fotones cambia de forma inversamente proporcional a la longitud de onda λ.
Para encontrar la energía de los fotones en electronvolts, utilizando la longitud de onda en micrómetros, la ecuación es:
E ( e V ) = 1.2398/ λ ( μ m )
Por lo tanto, la energía de los fotones a 1 µm de longitud de onda (la longitud de onda cerca de la radiación de infrarrojos) es de aproximadamente 1.2398 eV.
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¿y? ¿Porque rebote el fotón muchas veces se multiplican los eV? Se sigue cumpliendo el principio de conservación de la energía.
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No es eso,
un átomo absorberá las frecuencias específicas de su banda de absorción Y TODAS LAS QUE SEAN MÚLTIPLOS DE ELLA,
por lo que puede absorber en unas frecuencias superiores, aunque la emisión será siempre en las frecuencias base de las específicas de su espectro de emisión, entiendo que ese es un mecanismo que transforma la energía, frecuencia y nº de los fotones.
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No,
un fotón llega a una molécula con una frecuencia y salen otro, o varios, con otra frecuencia, calentando también a los otros (con otros espectros de absorción....hasta que se diluye la energia del "fotón"
La energía total del fotón es la que es, y cuando una molécula absorbe un fotón se calienta, pero si lo emite se enfría, así que no hay ningún calentamiento adicional.
:nononono: [emojifacepal02]
La energía del fotón es la energía transportada por un único fotón con una cierta longitud de onda y frecuencia electromagnética. A mayor frecuencia del fotón, mayor es su energía. Y a más larga longitud de onda de fotones, menor es su energía. ...
La ecuación para la energía del fotón1 es:
E = h/c λ
Donde E es la energía de los fotones, h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz en el vacío y λ es el fotón de longitud de onda. Como h y c son ambas constantes, la energía de los fotones cambia de forma inversamente proporcional a la longitud de onda λ.
Para encontrar la energía de los fotones en electronvolts, utilizando la longitud de onda en micrómetros, la ecuación es:
E ( e V ) = 1.2398/ λ ( μ m )
Por lo tanto, la energía de los fotones a 1 µm de longitud de onda (la longitud de onda cerca de la radiación de infrarrojos) es de aproximadamente 1.2398 eV.
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¿y? ¿Porque rebote el fotón muchas veces se multiplican los eV? Se sigue cumpliendo el principio de conservación de la energía.
Me temo que esta discusión arranca del último párrafo de mi comentario #15 de 13 de enero, que reproduzco a continuación:
"Al aumentar el CO2 por encima de la concentración que permite que ningún fotón se escape al Espacio sin haber sido absorbido por una molécula GEI, no es que se absorban más fotones –que es imposible- es que las moléculas GEI, más abundantes, retienen los fotones durante más tiempo mientras se los van pasando más veces de una a otra, y ello produce un aumento adicional de la temperatura."
El parrafito es pura basura. No sé en qué estaría yo pensando cuando lo escribí. Olvidadlo, por favor, y disculpadme.
Alternativamente, os propongo otra explicación:
En la Atmósfera/Tierra hay energía de dos tipos:
1) En forma de calor en las moléculas de los gases que la componen (GEI y no GEI) y en la Tierra.
2) En forma de fotones infrarrojos que están viajando entre Tierra, moléculas de GEI y Espacio (en todos los casos, bi-direccionalmente, excepto los fotones que salen al Espacio, que ya no vuelven).
Tanto la Tierra como las moléculas GEI emiten más fotones por unidad de tiempo cuanto más calientes están.
Cuantas más moléculas de GEI haya, con más frecuencia tropezarán los fotones viajeros con ellas.
Cuando un fotón choca con una molécula GEI, el fotón es absorbido y la molécula se calienta y, al cabo de un tiempo (dependiente de la temperatura de la molécula), emitirá también un fotón y se enfriará.
Pero el Sol no para de aportar energía “fresca” (no “de reciclaje”), y esta energía hace que, de vez en cuando, nuestra molécula, que ha recibido un fotón y todavía no lo ha re-emitido, reciba un segundo fotón “fresco” antes de emitir el primero que recibió. Nuestra molécula se ha calentado dos veces y se ha enfriado sólo una. Está más caliente. A partir de ahora, pasará menos tiempo entre la recepción de un fotón y su re-emisión. Habrá más fotones viajeros.
¿Cuándo dejarán las moléculas de GEI de calentarse?
Pues cuando hayan almacenado energía solar (bajo las dos modalidades antes citadas) que lleven a la Atmósfera a dejar escapar al Espacio la misma energía que está recibiendo del Sol.
Cuanto más CO2 haya, más tardan los fotones en ascender hasta ser capaces de escaparse (pierden tiempo en absorciones y re-emisiones), y como los que se tienen que escapar son siempre los mismos, se necesitan más fotones dando vueltas por la Atmósfera, para lo cual hace falta que las moléculas de GEI y la Tierra estén más calientes y emitan fotones más rápidamente, para lo cual hay que atrapar más energía solar, para lo cual hay que tener un poco de paciencia hasta que esa energía solar llegue.
Saludos,
JM