Klimarealistene arbeider for en åpen debatt om klimaspørsmål. Vi vil formidle vitenskapelig kunnskap om klima og fremme kritisk realisme i diskusjonen om nytte og kostnader av klimatiltak.
E-post til Klimarealistene: e-post til redaksjonen: .
Ansvarlig redaktør: Olav Martin Kvalheim, styreleder i Klimarealistene.
Der ikke annet er opplyst, står innlegg for artikkelforfatters mening. Redaksjonen kan redigere og forkorte kommentarer til innlegg.
Klimarealistene arbeider for en åpen debatt om klimaspørsmål. Vi vil formidle vitenskapelig kunnskap om klima og fremme kritisk realisme i diskusjonen om nytte og kostnader av klimatiltak.
E-post til Klimarealistene: e-post til redaksjonen: .
Ansvarlig redaktør: Olav Martin Kvalheim, styreleder i Klimarealistene.
Der ikke annet er opplyst, står innlegg for artikkelforfatters mening. Redaksjonen kan redigere og forkorte kommentarer til innlegg.
Av Jan-Erik Solheim, Thor Eriksen og Yngvar Engebretsen
Norsk klimapolitikk bygger på en hypotese om at bruk av fossilt brensel øker CO2-innholdet i atmosfæren slik at vi får en global oppvarming, og at vi derfor må redusere våre utslipp. Dette har resultert i omfattende og kostbare tiltak. Oppvarmingen på grunn av økte utslipp begrunnes med drivhuseffekten. Den er forklart meget konkret i Stortingsmelding nr 21/2012 som gir grunnlaget for norsk klimapolitikk. Vi har utført et eksperiment med oppvarming av små drivhus for å finne drivhuseffekten slik den er beskrevet i Stortingsmeldingen. Det har ikke lykkes oss å demonstrere temperaturøkning ved denne drivhuseffekten.
Allerede i 1861 demonstrerte John Tyndall (1) eksperimenter som viste at varmestråling stoppes av enkelte gasser som vanndamp, karbondioksid og nitogenoksid (NOx), mens gasser som Oksygen og Nitrogen slipper igjennom varmestråling.
Varmestråling som stoppes av vanndamp og CO2 vil enten emitteres på samme bølgelengder eller overføres ved kollisjoner til andre molekyler i luften. Dette fører til oppvarming av luften. Ved høyt gasstrykk som ved jordas overflate, er sjansen for kollisjon med et annet molekyl omtrent 10 000 ganger større enn sjansen for emisjon på samme bølgelende. Oppvarming på grunn av gasser som stopper stråling blir kalt drivhuseffekten, og de varmeabsorberende gassene kalles drivhusgasser.
En variant av Tyndalls eksperiment er gjennomført av Thorstein Seim og beskrevet i geoforskning.no (2). Han viste at varmestråling stoppes av CO2, men fant ikke økt temperatur i CO2-gass. Den globale temperaturen har heller ikke steget nevneverdig de siste 20 årene selv om globale CO2 utslipp har økt med 50 %.
I Stortingsmelding 21/2012 er drivhuseffekten forklart slik (3):
…Drivhuseffekten er altså at vanndamp, gasser og partikler i atmosfæren virker som takene og veggene i et drivhus. Mer av varmen bevares i jordatmosfæren mens mindre forsvinner ut i verdensrommet igjen. Varmestrålingen sendes ut i alle retninger. Noe går ut i verdensrommet, men mesteparten går tilbake til jorda. De gassene som tar til seg varmestråling på denne måten kalles drivhusgasser eller klimagasser. De viktigste naturlige klimagassene er CO2 og metan …. Menneskeskapte utslipp av klimagasser forsterker drivhuseffekten.
Denne forklaringen på drivhuseffekten er meget konkret. En alvorlig feil er at vanndamp ikke er nevnt blant de viktigste klimagassene. I jordas atmosfære absorberer den 16 ganger mer varmestråling enn CO2 (4). At varmen transporteres bort ved at luft beveger seg og at vann fordamper får heller ikke Stortinget vite.
I det følgende vil vi beskrive et eksperiment der vi tar bort taket på et drivhus og fyller det med CO2, for å se om vi får samme temperaturøkning i dette drivhuset som i et med tak.
Små drivhus med utskiftbart tak.
Til forsøket har vi benyttet 4 små drivhus med innebygget varmekilde: en tråd av konstantan montert 5 cm over bunnen i kassene (figur 1). Veggene er laget av 10 mm tykk polymethylmetakrylat (PMMA), med reflekterende aluminium på utsiden. Dette materialet ble valgt for å unngå evt. fuktighet i veggene med kasser av tre. Varmetrådene er nøyaktig like lange, og med en presis strømkilde leveres det 22,8 W til hver av kassene. Drivhuset har et volum på 20 liter, og en temperatursensor er plassert midt i kassen, skjermet for direkte stråling fra varmelementet.
Som tak bruker vi glass som stopper infrarød stråling, eller plastfilm som er transparent for IR.
Figur 1. Forsøksoppsett med 4 drivhus med PMA vegger og forskjellig tak. Strømkilden er plassert på separat bord foran for ikke å varme opp benken med drivhusene. Temperatursensorer er plassert midt i kassene – skjermet mot direkte innstråling fra varmeelement nær bunnen.
Vi har også gjort forsøk med små drivhus hvor varmekilden er lampe som lyser ned i kassen og varmer opp tak og vegger. I tillegg har vi gjort forsøk med sola som varmekilde. Disse forsøkene er beskrevet i «Fra Fysikkens Verden» (5).
Drivhuseffekt beskrevet i Stortingsmelding 21
Om drivhuseffekten virker som tak og vegger i drivhus, slik som beskrevet i Stortingsmelding 21/2012, har vi undersøkt ved hjelp et drivhus hvor vi tok av taket og fylte huset med drivhusgassen CO2. Dette sammenlignet vi med to andre drivhus uten tak, et med luft og et med Argon, som ikke er en drivhusgass. Til sammenligning har vi et drivhus med luft og tak av plastfolie. Resultatet er vist i figur 2.
Figur 2. Temperaturkurver fra oppvarming av 4 drivhus. To er fylt med luft: Et er uten tak (rødt) og et med plastfolie som tak (magenta). Et er fylt med CO2, men uten tak (blått) og et med Argon, også uten tak (grønt).
Etter vel 10 min skrur vi på strømmen, og vi får en rask oppvarming i tre av drivhusene. Drivhuset med CO2 uten tak, viser etter kort tid høyere temperatur enn de andre drivhusene, men blir brått kaldere etter at varmen har stått på i ca 7 min (blå kurve). Det får samme temperatur som et drivhus med luft uten tak.
Det samme skjer med drivhus uten tak fylt med Argon (grønn kurve), som ikke oppnår like høy temperatur og starter avkjøling noen minutter før drivhuset med CO2. Drivhuset med luft og plastfolie som tak (magenta kurve), ble varmere så lenge varmekilden stod på.
Vår konklusjon er at drivhusgassen CO2 ikke kan erstatte tak (og vegger) i et drivhus. Den oppfører seg på sammen måte som Argon som ikke er drivhusgass: Når varmen settes på varmes gassen i drivhuset opp ved varmeledning (kollisjon mellom molekyler) og varmen spres ved konveksjonsstrømmer. Den varme gassen stiger opp forbi detektoren, som er plassert omtrent midt i kassen, og deretter opp til toppen av veggene, renner over kanten og spres utover i rommet. Kald luft trekkes inn fra rommet, og etter noen minutter har vi samme temperatur i alle drivhus uten tak. Dette er i samsvar med tidligere eksperimenter (5): at det er tak og vegger i drivhuset som holder på varmen – ikke drivhusgassene.
Gassenes spesifikke vekt og egenvarme avgjør hvor raskt den varmes opp og forsvinner
Sammenligner vi oppvarming av drivhus med tak av plastfolie, hvor huset er fylt med luft, Argon eller karbondioksid, finner vi at huset med Argon blir ca 0,5 grader varmere enn huset med luft, som holder seg en grad varmere enn det som er fylt av CO2.
Sammenheng mellom temperatur (T) og varmemengde (Q) for en gass er gitt ved ligningen:
Q = mcpT
Hvor cp er spesifikk varme ved konstant trykk og m massen av gassen.
Temperaturøkningen ved samme tilført varmemengde (dQ) blir da:
dT = dQ/mcp
Siden våre drivhus har like store volum (20 l), vil det være produktet av egenvekten me og cp som bestemmer oppvarmingen i drivhus med samme varmetap til omgivelsene. For det tre gassene Argon, luft og karbondioksid får vi mcp = 187, 260 og 330 J/K, dvs, det skal minst varme til å varme opp Argon, og mest varme til å varme opp karbondioksid, slik som vi observerer.
Argon har egenvekt 1.78 kgm-3 mens CO2 har egenvekt 1.97 kgm-3. Dette betyr at Argon er en lettere gass og forsvinner ut av drivhuset før CO2 gassen. Med et varmesøkende kamera demonstrerer vi at den varme gassen stiger opp og renner over kanten.
Kan plastfilm pluss CO2 erstatte tak av glass i et drivhus?
Vi vet at CO2 er en drivhusgass som stopper IR-stråling. Det gjør også glass (5). Vi kan derfor tenke oss at med mer CO2 i drivhuset, vil det bli varmere, kanskje like varmt som når vi har glass som tak. For å undersøke dette gjorde vi et forsøk hvor vi sammenligner drivhus fylt med CO2 og med plastfilm til tak, med drivhus med luft og plastfilm eller glass som tak. Plastfilmen slipper ut varmestråling.
Ved gjentatte eksperiment finner vi at luft i et drivhus med plastfilm som tak varmes litt raskere opp enn et med glass som tak. Men holder vi på lenge nok får de samme temperatur.
Et forsøk er vist i figur 3. Vi setter på varme etter ca 17 min. Først skjer det en rask oppvarming hvor turbulent konveksjon sørger for å spre varmen i drivhusene. Fra 20 til 60 min er det varmest i huset med luft og plastfilm tak, men etter 60 min er hus med glass og plastfilm tak omtrent like varme. I panelet på toppen har vi forstørret temperaturforløpet mellom 100 og 115 min. Vi tolker dette som om det er større varmetap ved varmeledning gjennom glass, enn gjennom den tynne plastfilmen som slipper gjennom IR-stråling.
Vi ser at temperaturen i drivhus med luft er omtrent en grad høyere enn i hus med CO2. Selv 100% CO2 kan ikke bringe temperaturen opp tilsvarende et hus med luft og glasstak. Dette forklarer vi med at kabondioksid krever mer varme for å nå en bestemt temperatur enn luft. Den har større egenvarme.
Figur 3. Temperaturkurver for oppvarming av 4 små drivhus. To er fylt med luft, et med glass som tak (blått) og et med tak av plastfilm(magenta). De andre to (rødt og grønt) er fylt med CO2 og har plastfilm som tak. Det øverste panelet viser forløpet mellom 100 og 115 min etter start.
Klimafølsomheten
Klimafølsomheten er definert som temperaturøkning ved dobling av CO2-innholdet i atmosfæren. Det skal ifølge beregninger være en logaritmisk funksjon av endring av CO2-innholdet.
Figur 4. Bestemmelse av klimafølsomhet ved dobling og redobling av CO2 innholdet i drivhuset.
I Figur 4 er det vist resultat av et eksperiment med 200, 400 og 800 ml CO2 gass i 3 drivhus. Vi finner en klimafølsomhet ΔT2CO2 = -0.35 K. Den negative klimafølsomheten skyldes at luftens varmekapasitet øker med mer CO2. Det trengs mer varme for å oppnå samme temperaturøkning.
Konklusjon
Vi har laget små drivhus til eksperimenter, og har med disse demonstrert at drivhusgassen CO2 ikke virker som tak i drivhus slik som beskrevet i Stortingsmelding 21/2012.
Vi har også demonstrert at mer CO2 i drivhusene fører til lavere temperatur for samme varmetilførsel. Vi finner også at et drivhus som har tak som slipper ut IR-stråling varmes raskere opp enn et med glasstak som stopper IR-stråling. Dette tyder på at varmetap ved varmeledning gjennom glasset dominerer over strålingstap.
Vi har vist at forklaringen på drivhuseffekten i Stortingsmelding om Norsk klimapolitikk (3) er feil. Forklaringen på drivhuseffekten er antakelig hentet fra IPCC rapport nr 2 som vist i Figur 5. Her forklares drivhuseffekten som at drivhusgassene danner et lag i atmosfæren som absorberer stråling fra bakken og sender noe av det tilbake til bakken. Dette skjer ifølge figuren gjentatte ganger. Ser vi nøyere på figuren befinner dette absorberende laget seg i ionosfæren i en høyde av 230 km over bakken. Her er det atmosfæren så tynn at lufttrykket er lavere enn det beste vakuum i laboratoriet.
Ifølge termodynamikkens 2. hovedsetning kan varme kun strømme fra et varmere til et kaldere legeme. Oppvarming ved tilbakestråling fra en kaldere atmosfære til en varmere jordoverflate som vist i figur 5 er derfor ikke mulig.
Tilbakestråling som kan varme opp luft ved bakken får vi fra varme luftbobler og støvpartikler noen få meter over bakken. Den enkle forklaringen av drivhuseffekten i Stortingsmeldingen (3) inneholder ingen termodynamikk, dvs varmetransport ved konveksjon, varmeledning og kondensasjon/fordampning som er de dominerende kjølemekanismer for jordas atmosfære (6)
Figur 5. Drivhuseffekten slik den er forklart i IPPC-rapport nr 2 (1995). Stråling fra den varme bakken absorberes av drivhusgasser i et kaldere lag i atmosfæren. Drivhusgassene sørger for tilbakestråling mot bakken som varmer denne ytterligere opp. Dette er ikke mulig ifølge termodynamikkens 2. hovedsetning: Varme kan kun strømme fra et varmt til et kaldere legeme.
Mer CO2 i atmosfæren har ikke ført til et varmere område i atmosfæren over ekvator, det såkalte ”fingeravtrykk”, slik som klimamodeller har beregnet (2). Det har heller ikke ført nevneverdig økning av global temperatur de siste 20 årene (6).
En nærmere undersøkelse av hvordan de offisielle temperaturserier varierer over tid viser at vi har menneskeskapte klimaendringer. De foretas administrativt ved endring av observerte data (7).
Litteraturliste
.
