POLITIK & SAMHÄLLE
Artikel av Per-Olof Persson publicerad 10 maj 2011 kl. 06.00:

Växthuseffekten - finns den?
Foto: flickr/London Permaculture (BY CC NC-SA 2.0)

Växthuseffekten en fysikalisk omöjlighet

"Enligt termodynamikens andra lag kan inte ett objekt (jordytan) bli varmare genom att det kommer i kontakt med ett kallare objekt (växthusgaser). Det går endast att göra ett objekt varmare genom att det kommer i kontakt med ett varmare objekt."
Växthuseffekten är teorin om att atmosfären värmer upp jordytan till en temperatur som är varmare än den skulle vara utan en atmosfär. Detta sker genom att växthusgaserna strålar tillbaka värmeenergi (infraröd strålning) till jordytan. Infraröd strålning är överföringen av värmeenergi genom ljus.


Termodynamikens andra lag

Enligt termodynamikens andra lag kan inte ett objekt (jordytan) bli varmare genom att det kommer i kontakt med ett kallare objekt (växthusgaser). Det går endast att göra ett objekt (jordytan) varmare genom att det kommer i kontakt med ett varmare objekt (solen).

Termodynamikens andra lag gäller vid alla typer av värmetransporter. Den gäller således vid konduktion (värmeöverföring genom fysisk kontakt med ett annat objekt), konvektion (det varma objektet förflyttar sig) och värmestrålning (värmen färdas utan hjälp av något fysiskt objekt).

Men om teorin om växthuseffekten är sann, är det också sant att om du håller i en isbit som har temperaturen minus 10 grader, så kommer isbiten att värma upp din hand som i inledningsskedet är 37 grader till en högre temperatur. Men enligt termodynamikens andra lag kan inte värmeenergi överföras ifrån isbiten till handen, värmeenergi kan endast överföras ifrån handen till isbiten.

Värmeenergi kan inte överföras ifrån (de kalla) växthusgaserna till (den varmare) jordytan, det kan endast överföras värmeenergi ifrån jordytan till växthusgaserna. Jordytan kan inte värma upp sig själv genom "sin egen" värmestrålning som växthusgaserna skickar tillbaka till jordytan.

Vi kan exempelvis inte värma upp lågan på ett stearinljus genom att återsända lågans "kallare" värmeenergi till lågan med en spegel. Jordytan blir således endast varmare om mer värmeenergi ifrån Solen når jordytan. Om exempelvis molnbildningen minskar runt Jorden kommer mer värmeenergi att nå jordytan och temperaturen stiger.


Termisk jämvikt

Enligt termodynamikens andra lag är (den kallare) jordytan i termisk jämvikt med (den varmare) solen, om solen sänder ut en konstant mängd värmeenergi till jordytan. Jordytan kommer i detta fall att värmas upp tills den når en stabil och konstant temperatur. Denna temperatur är i jämvikt med den mängd värmeenergi som kommer ifrån Solen.

När jordytan har nått termisk jämvikt med en varmare energikälla (Solen), kan jordytan inte längre uppta mer värmeenergi för uppvärmning, varken ifrån solen eller ifrån kallare energikällor, utan jordytan måste släppa ut lika mycket värmeenergi som den upptar (Kirchhoffs lag för värmestrålning). Om jordytans jämviktstemperatur med solen är 15 grader, blir jordytan inte varmare än 15 grader. Det går inte att värma upp jordytan med kallare energikällor som värmelampor och växthusgaser.

Jordytan och atmosfären är ett termodynamiskt system (en avgränsad del). Emissivitet är objektets eller det termodynamiska systemets förmåga att uppta och utsända värmestrålning. Jordytan och atmosfärens primära energikälla är solen, eftersom jordytan och atmosfären vid termisk jämvikt utsänder lika mycket värmeenergi som upptas ifrån solen.

Koldioxid är ingen primär energikälla. Koldioxid kan bara uppta värmeenergi ifrån andra källor och sedan släppa ut den mängd värmeenergi som har upptagits. Detta innebär att koldioxid inte kan "lagra" mer energi än den släpper ut. Koldioxid kan helt enkelt inte skapa mer värmeenergi än vad den mottagit ifrån andra källor.

Teorin om växthuseffekten är oklar eftersom det även hävdas att växthusgaserna "stoppar" värmeutstrålningen ifrån atmosfären till rymden eller att värmeutstrålningen "fördröjs". Det hävdas också att värmeenergin rör sig i ett evigt kretslopp mellan jordytan och växthusgaserna. Men om jordytan sänder ut värmeenergi till växthusgaserna och värmer upp dessa, måste det även råda termisk jämvikt mellan jordytan och växthusgaserna. I samma ögonblick som växthusgaserna har nått termisk jämvikt med jordytan, kommer växthusgaserna att avge värmeenergi i alla riktningar och värmeenergin försvinner ut i rymden.

Växthusgaserna kan därför inte "stoppa" värmeutstrålningen ifrån atmosfären till rymden eftersom de strålar ut värmeenergi i samma stund som de upptar värmeenergi. Denna värmeenergi strålas ut i en högre våglängd och koldioxiden har inte förmågan att uppta ny värmeenergi ifrån denna utstrålning. Någon "fördröjning" sker inte eftersom värmeutstrålningen sker med ljusets hastighet.

Värmeenergin rör sig inte i heller i ett evigt kretslopp mellan jordytan och växthusgaserna. Atmosfären innehåller endast 0,04 procent koldioxid, 1 molekyl på 2 500 andra molekyler, och koldioxid upptar värmeenergi inom ett fåtal våglängder. Denna värmeenergi strålas ut i en högre våglängd där koldioxiden inte kan uppta ny värmeenergi ifrån utstrålningen. Därför existerar det inte något "evigt kretslopp".


Det atmosfäriska trycket

Enligt beräkningar är jordytans genomsnittliga jämviktstemperatur med solen minus 18 grader, men den uppmätta genomsnittliga temperaturen är 15 grader. Det har då antagits att jordytan är 33 grader varmare på grund av att atmosfären innehåller växthusgaser.

Men dessa beräkningar tar inte hänsyn till att jordytan och atmosfären är ett termodynamiskt system. Systemets genomsnittliga jämviktstemperatur med solen är minus 18 grader, och denna temperatur måste finnas någonstans mellan jordytan och toppen på atmosfären.

Det termodynamiska systemets genomsnittliga jämviktstemperatur med solen finns på 5 km höjd i atmosfären där det är minus 18 grader. Den genomsnittliga atomen i systemet vibrerar med en energi som motsvarar minus 18 grader. Ju snabbare en atom vibrerar desto mer värmeenergin kan den utstråla, och ju fler atomer som kan vibrera tillsammans, desto mer värmeenergi kan de tillsammans utstråla.

I atmosfären är inte molekylerna lika hårt packade som i fast materia vid jordytan. Men ju närmare molekylerna är jordytan desto hårdare packade är de. Detta beror på att det atmosfäriska trycket (gravitationen) är högre vid jordytan. Molekylerna kan därför tillsammans utstråla mer värmeenergi.

Enligt teorin om växthuseffekten kommer en ökning av växthusgaser i atmosfären att leda till att atmosfären vid jordytan blir varmare medan toppen av atmosfären blir kallare. Men denna effekt har inget med växthusgaser att göra (om inte utsläppen av växthusgaser ökar atmosfärens täthet). Denna effekt beror enbart på det atmosfäriska trycket.

Kall luft är tyngre än varm luft. Den kalla luften sjunker och komprimeras när den sjunker, och då blir luften varmare. Den varma luften stiger och kompressionen minskar, och därmed avkyls luften. Detta innebär att luftens temperatur blir högre vid jordytan och lägre i toppen av atmosfären.

Det påstås att Venus är ett exempel på att koldioxid höjer temperaturen i atmosfären eftersom 96 procent av atmosfären består av koldioxid. Enligt beräkningar är Venus genomsnittliga jämviktstemperatur med solen minus 25 grader, men den uppmätta genomsnittliga temperaturen är 460 grader.

Men Venus atmosfär är 92 gånger tätare vid ytan jämfört med Jorden. Detta tryck finns på en kilometers djup under havsytan på Jorden och på detta djup krossas ubåtar. Venus är egentligen ett exempel på att koldioxid inte höjer temperaturen i atmosfären eftersom Venus har ett albedo (reflexionsförmåga) på 0,67 och Jorden ett albedo på 0,3. Detta innebär att Venus yta inte upptar 67 procent av den värmeenergi som kommer ifrån Solen (och "ifrån koldioxiden"), denna värmeenergi utstrålas direkt ut i rymden.