Arthur Rörsch: CO2 en temperatuur

In de komende dagen, twee jaar na het verscheiden van klimaatonderzoeker Arthur Rörsch, plaatst Climategate.nl elke dag een artikel van zijn hand.

De Volkskrant schreef na zijn overlijden:

‘Hij stelde continu heersende wetenschappelijke inzichten ter discussie met drie grondvragen: Hoe weten we iets? Waarom geloven we het? Waar is het bewijs? Hij vond dat veel wetenschappelijke standpunten in feite politiek waren gemotiveerd.’

Guus Berkhout, president van Clintel, memoreerde tijdens zijn uitvaart hem als iemand die een breed wetenschappelijk terrein kon overzien:

‘En dat is noodzakelijk voor grote en complexe wetenschappelijke vraagstukken, zoals klimaatverandering. Rörsch zag heel goed dat er nu al veel bruikbare puzzelstukjes aanwezig zijn, maar dat er nog heel veel gedaan moet worden om van al die stukjes een totaal coherent plaatje te maken.’

Samen met de Amerikaanse co-auteur Roy Clark is een boek in voorbereiding wat eind dit jaar zal verschijnen onder de titel: ‘Finding simplicity in a complex world’.

De komende dagen treft u bijdragen aan, van en over Arthur Rörsch op Climategate.nl

***

Arthur Rörsch:

CO₂ absorbeert infrarood straling (IR) – in het Nederlands ook wel warmtestraling genoemd – en deze stralingsenergie wordt door botsingen met de andere moleculen in de atmosfeer omgezet in kinetische energie die tot temperatuurverhoging van het gasmengsel (voornamelijk stikstof en zuurstof) leidt.

In een stilstaande luchtkolom is dit onmiskenbaar aangetoond. Het effect op de temperatuur verdeling in zo’n kolom is ook theoretisch fysisch onderbouwd. Hieraan wordt de stelling ontleend dat deze ‘eenvoudige’ natuurkunde voldoende verklaart waarom gedurende meer dan een eeuw een gemiddelde mondiale stijging van de oppervlaktetemperatuur is opgetreden (+0,8 C) als gevolg van de stijging van de CO₂-concentratie in de atmosfeer.

De natuurkunde in het vrije veld is echter niet zo eenvoudig.

(1) Er treedt in de atmosfeer tussen een aantal verschillende processen een wisselwerking op.

(a) de zoninstraling gedurende de dag warmt het oppervlak op.

(b) Gedurende dag en nacht koelt het oppervlak echter ook weer af omdat het over een breed spectrum IR uitstraalt en daarmede warmte verliest.

(c) Deze stralingsenergie wordt gedeeltelijk door absorptie door waterdampmoleculen en CO₂ weer omgezet in warmte in de atmosfeer tot 100 m hoogte. Hierdoor wordt potentieel een warm houdende deken over het oppervlak gelegd.

(d). Een potentiële opwarming van het oppervlak wordt echter weer gedeeltelijk ongedaan gemaakt door een opwaartse luchtstroom die daardoor ook warmte van het oppervlak afvoert.

(e) op de waterplaneet levert hieraan de verdamping van water de grootste bijdrage.

(f) Dit gas condenseert weer in de hogere luchtlagen wat aanleiding geeft tot een wolkbedekking van 60% die het doordringen van zonenergie tot het oppervlak belemmert en daarmede het opwarmend effect van de zon (gedurende de dag) vermindert.

(2) De optredende stralingsverschijnselen (a, b, c) kunnen op grond van bekende natuurkundige wetten degelijk worden beschreven, althans in een stilstaande luchtkolom. De uitwerking van de wisselwerking met de andere processen (d, e, f) die gezamenlijk zowel opwarming als afkoeling veroorzaakt, kunnen met niet-lineaire partiële differentiaalvergelijkingen worden beschreven. De uitkomst van deze vergelijkingen kunnen echter niet in lineaire relaties worden omgezet doch slechts met behulp van computerberekeningen worden gesimuleerd. Waarop dan toekomstvoorspellingen worden gebaseerd.

(3) Aangezien we in de atmosfeer niet met een stilstaande luchtkolom hebben te maken, rijst twijfel of de berekende uitwerking van de stralingsverschijnselen daarin dezelfde zijn als in de atmosfeer. Dit vergt vooraannamen in de simulatie over de uitwerking van elk van de werkzame krachten in de combinatie, vooral wat betreft de warmte dragende luchtstromen die over de gehele aardbol plaats vinden en over de breedtegraden warmte herverdelen.

(4) Met vooraannamen, in het bijzonder wat betreft de uitwerking van CO₂-concentratieveranderingen, blijken de simulatiemodellen niet met waarnemingen overeen te komen. Bij herziening daarvan vergt in het bijzonder de aandacht dat bij de huidige CO₂-concentratie de infraroodstraling reeds voor 98 % wordt geabsorbeerd en verhoging kan nauwelijks tot meer warmte absorptie in de atmosfeer tot gevolg hebben.

(5) Verondersteld mag worden – op grond van welbekende literatuur over de atmosferische processen – dat de waterplaneet een opmerkelijk sterke thermostaatwerking vertoont als gevolg van de optredende wind- en watercycli die zich over de breedtegraden afspelen. Ondanks de invloed van verandering van welke kracht dan ook.

(6) Blijft de vraag wat de oorzaak kan zijn van de recente temperatuurstijging over anderhalve eeuw, sinds het einde van de kleine ijstijd (1850). Daarvoor is een verscheidenheid van verklaringen op grond van bekende natuurverschijnselen gepresenteerd.

De theoretische vraag mag zelfs rijzen of de toename van de CO₂-concentratie met toename van de intensiteit van de stralingsactiviteit in de atmosfeer de warmtebalans aan het oppervlak in positieve dan wel negatieve zin heeft beïnvloed. Met andere woorden, als men een mogelijke oorzaak voor de stijging van de temperatuur over een eeuw overwegend aan andere processen durft toe schrijven dan de verandering van de chemische samenstelling van de atmosfeer, deze dan mogelijk door die stijging door deze verandering van samenstelling beperkt is gebleven.

Samenvattend, de huidige broeikasgas theorie gaat uit van een beginsel dat de stralingsverschijnselen overwegend het broeikaseffect opwekken. Dit effect is in de wetenschappelijke literatuur tussen 1900 en 1965 niet herkend. Kunnen we hier dan spreken van vooruitgang van de wetenschap? Of moeten we onder de aandacht brengen dat men bij het nadruk leggen op de stralingsverschijnselen voorbij gaat aan inzicht in de atmosferische processen dat sinds de 18^de eeuw (Hadley) is gevestigd?

Dit inzicht waarop critici van de CO₂-hypothese nu opnieuw de aandacht vestigen, met de toegenomen kennis van de stralingsverschijnselen, komt hierop neer.

De instraling van de zon is in de equatoriale zone zo hoog dat zonder de onder 1 a tot f genoemde processen dit tot gevolg zou hebben dat lokaal de temperatuur – zoals gedurende de lange Maan-dag die 14 aardse dagen duurt – tot ongeveer 150 C zou oplopen. Dit gebeurt niet omdat de dagelijkse dag-nacht aan de equator slechts 24 uur duurt. Daarnaast vindt als gevolg van de scheefstaande as waarom de aarde draait, een seizoen wisseling plaats op hogere breedte graden. Vroegtijdig is door Hadley dit effect herkend en verklaard met een herverdeling van de ingevangen zonenergie aan de equator over de gehele aardkloot. Die begint met een verticale en horizontale luchtcirculatie tussen breedtegraad 0 en 30. Het gevolg is dat alleen al door het optreden van deze zogenaamde Hadley cell de equator wordt gekoeld en hogere breedtegraden warmer worden dan men op grond van geringer lokaal ontvangen zonenergie zou verwachten.

Dit effect van de luchtcirculatie wordt versterkt door de watercyclus. De rijk van oceanen voorziene equatoriale zone staat enorm veel warmte af door waterverdamping. Het zogenaamde verwijderen van latente warmte. Door condensatie komt die warmte in de troposfeer weer vrij met gevolg wolkvorming. Wat de zonenergie die het oppervlak kan bereiken, beperkt.

Anderzijds, de toename van waterdamp in de atmosfeer wekt een IR terugstraling naar het oppervlak op die daar ook het ontsnappen van warmte beperkt.

Twee processen die door de watercyclus worden opgewekt zijn daardoor voortdurend met elkaar aan het oppervlak in strijd: Afkoeling door verdamping, vermindering van de afkoeling van het oppervlak door terugstraling. En bovendien is er het effect op hogere breedtegraad tot toevoer van warmte die eerder aan de equator is ingevangen, niet door terugstraling. (door water gedragen luchtcirculatie en zeestromen).

Aldus, de verklaring van een aards broeikaseffect en waarom het binnen grenzen beperkt blijft, ligt in de competitie van voornoemde processen.

Het lijkt mijns inziens dat de onvoldoende herkenning van dit reeds verworven inzicht tot de formulering van een dreigende temperatuurstijging onder invloed van CO₂ aanleiding geeft.

Er zijn inmiddels tal van publicaties verschenen die deze dreiging op goede gronden betwijfelen. Wie er geen kennis van wil nemen, het zij zo.

Recente literatuur.

Harde, Herman. Scrutinizing the carbon cycle and CO2 residence time in the atmosphere Global and Planetary Change 152 (2017) 19–26

“The anthropogenic contribution to the actual CO2 concentration is found to be 4.3%, its fraction to the CO2 increase over the Industrial Era is 15% and the average residence time 4 years.”

Ned Nikolov, Ned & Zeller, Karl. New Insights on the Physical Nature of the Atmospheric Greenhouse Effect Deduced from an Empirical Planetary Temperature Model. Environ Pollut Climate Change 1.2 (2017) 1-22

“Consequently, the global down-welling long-wave flux presently assumed to drive Earth’s surface warming appears to be a product of the air temperature set by solar heating and atmospheric pressure. In other words, the so-called ‘greenhouse back radiation’ is globally a result of the atmospheric thermal effect rather than a cause for it. Our empirical model has also fundamental implications for the role of oceans, water vapour, and planetary albedo in global climate. Since produced by a rigorous attempt to describe planetary temperatures in the context of a cosmic continuum using an objective analysis of vetted observations from across the Solar System, these findings call for a paradigm shift in our understanding of the atmospheric ‘greenhouse effect’ as a fundamental property of climate.”