Andre Bijkerk achtergrond energietoren

Een gastbijdrage van André Bijkerk.

Over hoe de wereld in elkaar zit, kun je eindeloos discussiëren en dat doen we dan ook. Speciaal wanneer het om het weer en klimaat gaat. Soms zijn mensen het met elkaar eens dat anderen ongelijk hebben en dan ontstaan er kampen met tegengestelde meningen. Niet voor niets is er een verwantschap tussen kampen en het Duitse ‘kämpfen’. We vechten dus. Vaak is het A versus B. Een stuk gecompliceerder wordt het als er ook een C op de proppen komt. De verwarring kan dan groot worden.

In de thermodynamische atmosfeer visies zijn er in feite drie van zulke kampen. Kamp A is dan van de alarmisten, die in het broeikaseffect een bron van narigheid zien. Kamp B is het domicilie van degenen die het broeikaseffect onderkennen maar hierin geen enkele aanleiding te zien om noodklokken te gaan luiden. Kamp C wordt bevolkt door degenen die broeikasgaseffect overtollig vinden omdat ze een andere verklaring hebben voor de hogere temperatuur van de atmosfeer.

Chiligar et al 2015 is van dat laatste een nieuw voorbeeld. Zonder in alle technische details in te gaan, zal ik trachten uit te leggen waar de denkfout zit van hun model. Het gaat er vanuit dat de zwaartekracht in de atmosfeer niet alleen een verticaal verloop van de luchtdruk veroorzaakt (gradiënt) maar ook een verticaal verloop van de temperatuur. Immers als je je fietsband oppompt en hoge druk genereert, wordt de pomp warm. Als je daarentegen een kooldioxide patroon van de slagroomspuit leeg laat stromen, komt er ijs op. Ergo de temperatuur daalt daar wanneer je de druk verlaagt. Dit is allemaal vastgelegd in de algemene gaswet.

Dit verschijnsel van van de leeglopende CO2 patroon zien we ook in de atmosfeer wanneer warme luchtpakketten opstijgen. Ook deze zetten uit door de verminderde luchtdruk op grotere hoogte en dus koelen ze af. Wanneer deze afkoeling de waterdamp laat condenseren ontstaan cumulus wolken (schapenwolkjes), die dit proces uitstekend visualiseren. Ter compensatie van dit proces moet koelere lucht naar beneden stromen, die daardoor samengedrukt wordt en daardoor stijgt in temperatuur, net zoals de fietspomp. Dit verschijnsel vormt de basis voor een temperatuurgradiënt in de atmosfeer. Hoe hoger, hoe kouder.

De denkfout is nu dat in een evenwichtssituatie de zwaartekracht ervoor zorgt dat dit temperatuurverschil in stand wordt gehouden. Immers, de onderste luchtlaag wordt in elkaar gedrukt en moet dus wel warmer zijn?

Het probleem is echter het natuurkundig begrip “arbeid”. Een fietsband oppompen is hard werk en ook een leegspuitend CO2–patroon verzet een berg werk. Ook opstijgende lucht is goed bezig, stijgen is hard werk, zoals wielrenners zullen beamen en het daarbij uitzetten en ruimte van andere lucht inpikken, is dat ook. Dit soort dingen verandert de interne energie. De lucht wordt moe, eh … koud en het geheel is bepaald niet in evenwicht.

Zouden nu die bovengenoemde C–kampers gelijk hebben dat de zwaartekracht een temperatuurgradiënt veroorzaakt, dan konden we een prachtige perpetuum mobile maken. We bouwden dan een volledig afgesloten cilindrische zilveren toren, een kilometer of zoiets hoog, dat aan de buitenkant volledig is geïsoleerd voor de warmte. Binnen In die toren stond dus een van de buitenlucht geïsoleerde luchtkolom waar volgens hun hypothese de temperatuur afhankelijk zou zijn van de hoogte. Beneden warm, boven koud.

Nu is zilver een uitstekende warmtegeleider en de warmte die beneden in de toren door de druk van de zwaartekracht zou ontstaan, wordt via het zilver naar boven geleid, waar het de koudere lucht in de top verwarmt. Deze zet daardoor uit en drukt de luchtkolom in de toren naar beneden. Door deze compressie warmt de lucht verderop beneden in de toren, welke weer door het zilver naar boven wordt geleid, zodat de lucht in de top nog warmer wordt, etc, etc. Een prachtige energiecentrale zonder enige benodigde bron van energie … “reductio ad absurdum”. Het bewijs uit het ongerijmde. Dat kan dus niet. (H/T Robert G. Brown hier.)

Om zo’n perpetuum mobile niet te laten ontstaan, kan het alleen maar zo zijn dat de temperatuur binnen in de toren overal in principe gelijk is. Dat klinkt wellicht contra–intuïtief, maar het valt misschien nog op een andere manier inzichtelijk te maken. Temperatuur van een gas is in feite niets anders dan de bewegingsenergie van alle deeltjes daarin (kinetische energie). Beschouw nu die zilveren toren nog maar eens, waar een evenwicht heerst. Stel dat in dat evenwicht de bovenste deeltjes een lagere snelheid zouden hebben (kouder), dan zouden ze minder volume innemen volgens de algemene gaswet, en dus ook een groter soortelijk gewicht hebben. Dus zakt dat deel naar lagere regionen. Er kan dan dus geen sprake van zijn een stabiel evenwicht. In het omgekeerde geval wanneer de lucht onderin de toren kouder zou zijn, is ze zowel door de hogere druk en de lagere temperatuur het zwaarst terwijl lucht bovenin door druk en temperatuur het lichtst is. Er is in dat geval dus geen aanleiding voor welk deel van de lucht dan ook om in beweging te komen en is er dus stabiliteit. Dit duurt echter maar een beperkte tijd, omdat door de warmtegeleiding de temperatuur uiteindelijk overal gelijk zal worden.

Dat de atmosfeer onder warm en boven koud is komt dus alleen door alle warmte–overdrachtsprocessen en de zwaartekracht kan daaraan niet bijdragen; en opnieuw:

The great tragey of science, a beautiful hypothesis slain by an ugly fact.

Thomas Huxley.

Tot slot, het is jammer dat die A-kampers waarmee ik dit epistel begon, soms geen onderscheid maken tussen B– en C–kampers, maar erger, de redenering dat wanneer C ongelijk heeft, dat A dus wel gelijk moet hebben. Ook is het niet zo dat wanneer een B–kamper die aantoont dat het C–kamp ongelijk heeft automatisch in het A–kamp terecht komt.

Aldus André Bijkerk.

Voor mijn eerdere bijdragen over klimaat en aanverwante zaken zie hierhier, hier, hier en hier.