Ilmastokeskustelun jyvät ja akanat

Tämä on eräänlainen työjärjestyspuheenvuoro kestoteemaan.

Tiedotusvälineiden, mutta myös kouluopetuksen maailmakuvaa värittää usko tuhoisaan ilmaston muuttumiseen. Syntyy vaikutelma, että lähes kaikki maailman katastrofit ja onnettomuudet johtuvat katastrofaalisiksi muuttuneista sääoloista.

Näin tapahtuu esimerkiksi silloin, kun puhutaan ilmastopakolaisuudesta.  Näytetään uskottavan, että joskus historiassa sääolot eivät ole vaihdelleet, vaan vallitsi jonkinmoinen Edenin harmonia.

Jyvien ja akanoiden erottelussa auttaa ilmastosuodatin. Sen avulla uutisesta tai väitteestä suodatetaan erilleen alla listatut ilmiöt. Kun suodatus on tehty, jäljelle jäävät ne ilmiöt, jotka saattavat johtua sääsuhteiden muutoksista eri puolilla maapalloa. Ilmasto nimittäin muuttuu ja muutokset ovat olleet toisinaan hyvinkin suuria ja nopeita.

Dramaattisia muutoksia voi tutkia vanhoista kronikoista. Ne kertovat tapahtumista lämpimällä keskiajalla ja sitä seuranneen ns. pikkujääkauden viileiltä vuosisadoilta. Kirjoitettua kuvausta sääoloista on olemassa Euroopassa jo 1000 vuoden ajalta. Voi kysyä, miksi vertailevaa tutkimusta ei ole aiheesta kiinnostuneille tarjolla.

Kun on päästy niin pitkälle, että todella näyttää kysymys olevan sääolojen muutoksesta, jää vielä jäljelle sen pohdinta, mikä voisi olla ihmisen toimintojen, kuten teollisuuden ja rakentamisen, liikenteen, maatalouden ja maankäytön rooli todetussa muutoksessa.

Suodatettavia ilmiöitä seurauksineen ajattelun pohjaksi seuraavassa (listaa voi täydentää omien tietojensa mukaisesti):

• Sodat, hirmuvallan aiheuttamat inhimilliset tuhot ja reviirikamppailut aineellisine hävityksineen.
• Väestön hallitsematon kasvu sosiaalipoliittisine seurauksineen.
• Väestön keskittyminen rannikkoalueille, joilla sadekausi, maanvyörymä, tulva, pyörremyrsky, ukkonen tai tautiepidemia voi aiheuttaa joukkotuhon.
• Olematon infrastruktuuri ja kunnallistekniikka, köyhyys, eriarvoisuus, asuntokurjuus.
• Eräät geologiset prosessit, kuten Bangladeshin maan painuminen, luetaan tiedon puuttuessa ilmastonmuutoksen aiheuttaman vedennousun piiriin. Toisaalta jää huomiotta, että alueen maapinta-ala todellisuudessa kasvaa eroosion Himalajalta kuljettamien maamassojen ansiosta.
• Ryöstöhakkuut, maan anastaminen alkuperäisasukkailta ja heidän elinkeinonsa tuhoaminen.
• Tehoviljelystä ja sateista aiheutuva eroosio, joka vie maasta mullan ja ravinteet; tähän liittyvä viljelytekniikan virheellisyys, ryöstöviljely ja –hakkuut, maan autioituminen
• Slummiutuminen, työttömyys, ”liikaväestö” suurkaupunkien liepeillä, tästä aiheutuva muuttopaine ja väestön kasautuminen myös ongelmallisille alueille (tulvamaat, suistomaat, maanjäristysalueet)
• Vuosikymmeniä jatkunut viljelymaan keinokastelu, ravinnetasapainon hävittäminen ja maan tuoton romahtaminen. Tähän liittyy metsien vuosisatainen hävitys ja kuivuus. Tyyppiesimerkki Espanja jättimäisine kasvihuoneviljelmineen.
• Alkuperäisasukkaiden energiantarpeen tyydyttäminen hakkaamalla metsät kymmenien kilometrien etäisyydeltä asutuksesta.
• Ryöstökalastuksen aiheuttama vesialueiden köyhtyminen, elinkeinonharjoittamisen mahdottomuus, ympäristön pilaantuminen, myös kalastaminen myrkyillä ja räjähteillä, joka hävittää koralliriuttoja.

Kun ilmastokatastrofipuheesta otetaan erilleen suodattimeen listattujen tekijöiden aiheuttamat vaikutukset,  niin jäljelle saattaa jäädä todellinen sääolosuhteiden muutoksista ja vaihteluista aiheutunut ongelma. Sitä kelpaa sen jälkeen käydä analysoimaan. Kyse on syiden ja seurausten oikean järjestyksen määrittelystä.

Kasvihuoneilmiö ilman seiniä ja kattoa

Tässä jutussa haluan nostaa aluksi esille englantilaisen kemistin Jack Barrettin, joka vuonna 1995 julkaisemassaan artikkelissa esitti ns. kasvihuonekaasujen keskinäisen ”voimakkuuden” omiin spektrografisiin mittauksiinsa perustuen. Hän osoitti, että hiilidioksidin lisääntyminen ei olennaisesti lisää sen absorptiota (J. Barrett, Spectrochim. Acta Part A, 51, 415, 1995).

Toinen syy hänen mainitsemiseensa on siinä, että Barrett kuuluu niihin tutkijoihin, joiden ura IPCC-vetoisen ilmastotieteen piirissä on joko kokonaan pysähtynyt  tai päätynyt sivuraiteelle ”väärien” ajatusten tai tutkimustulosten johdosta.

Barrettin julkaisukiellosta huolehti  sittemmin aateloitu kemisti John Houghton, jota pääministeri M. Thatcher käytti neuvonantajanaan hiilen pannaan julistamisessa niin maan alla kuin taivaallakin.

Kasvihuoneteoreettisista neuvoistaan Houghton sai aatelisarvon lisäksi  IPCC:n tieteellisen työryhmä ykkösen johtajan paikan.

Barrettin osittain päivitetty artikkeli on julkaistu otsikolla GREENHOUSE MOLECULES, THEIR SPECTRA AND FUNCTION IN THE ATMOSPHERE julkaisussa Energy & Environment, Volume 16, No.6 2005.

Artikkelissa Barrett osoittaa, että hiilidioksidin osuus maatasolta tulevan IR-säteilyn absorboinnissa 100 metrin korkeuteen asti on noin 17 prosenttia vesihöyryn osuuden ollessa 68 prosenttia. Tilanne ei olennaisesti muutu, vaikka hiilidioksidin pitoisuus kaksinkertaistuisi.

Tässä oli Barrettin pääsynti. Se että hiilidioksidin hypoteettinen vaikutus ilmakehän lämmittäjänä ei juuri nimeksikään lisäänny sen prosentuaalisen pitoisuuden kasvaessa, ei sopinut (eikä sovi nykyisinkään) virallisen, ilmastokatastrofia saarnaavan IPCC-tieteen puitteisiin.

”Kasvihuonekaasujen” osuus kasvihuone-efektissä Barrettin mukaan:

Barretin artikkeli sisältää runsaasti tietoa kasvihuoneajattelun perusteista ja myös hiilidioksidin ominaisuuksista. Se antaa realistisen kuvaan absorptiokaasujen keskinäisestä merkityksestä kasvihuoneilmiöhypoteesin puitteissa.

Gerlichin kvanttihyppy

Samoihin aikoihin Barrettin alkuperäisartikkelin kanssa saksalainen matemaattisen fysiikan tohtori Gerhard Gerlich julkaisi artikkelin, jossa osoitti kasvihuoneilmiön olevan fiktio vailla tieteellistä pohjaa: ”Die physikalischen Grundlagen des Treibhauseffekts und fiktiver Treibhauseffekte”, in: ”TreibhausKontroverse und Ozon-Problem”, Europäische Akademie für Umweltfragen (1996), S. 115-147. Sen jälkeen hän kirjoitti aiheesta lukuisia artikkeleita ja kiersi ympäri maata luennoimassa aiheesta.

Vuonna 2007 (2009) Gerlich yhdessä Ralf D. Tscheuschnerin kanssa julkaisi IPCC-leirissä kohun ja parjauskampanjan nostattaneen julkaisun ”Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics”. Tutkielmassa fyysikot käyvät lävitse kasvihuoneajattelun juuret Svante Arrheniuksestsa lähtien ja tarkastelevat hypoteesin eri versioita osoittaen, että niiltä puuttuu tieteellinen, termodynamiikan peruslakien kanssa yhteensopiva pohja.  (arxiv.org/pdf/0707.1161).

Tässä loikkaan nyt yli vuosikymmenten kiistelyn ja halpahintaiset väärennykset sekä aktiivisen vaikenemisen ja julkaisukiellot, joiden kohteeksi poikkeavat näkemykset systemaattisesti ovat IPCC-vetoisen ilmastotutkimuksen piirissä joutuneet. Tavoitteena on yrittää kuvata lyhyesti myös ”vasta-alkajille”, mistä kasvihuoneteoriassa on kysymys ja syyt, miksi hypoteesi ei voi pitää paikkaansa. Tämä on samalla sen kertausta, mitä aikaisemmin olen yrittänyt blogissani pohtia.

Mikä on kasvihuoneilmiö, Wikipedian ja IL:n kertomana

Alla on lyhennettynä kaksi kansantajuista esitystä, jotka todennäköisesti on kuitenkin tehty vakavalla mielellä laajaa yleisöä silmällä pitäen.

Ensinnä Wikipedia.

”Kasvihuoneilmiö on ilmiö, jossa useista eri aallonpituuksista muodostuvan sähkömagneettisen säteilyn (säteilyspektrin) tietyt aallonpituusalueet lämmittävät väliainetta (ks. absorptio), esimerkiksi maapallon kaasukehää ja pintaa. Lämmennyt väliaine/materiaali puolestaan säteilee (emittoi) lämpöenergiaansa ainoastaan infrapunasäteilyn aallonpituusalueella ulospäin. Infrapunasäteilyn eli lämpösäteilyn läpäisykyky on verraten huono, mistä syystä se (läpäisemisen sijaan) absorboituu tai heijastuu mm. kaasumaisiin väliaineisiin muita aallonpituusalueita intensiivisemmin. Täten siis systeemiin sisälle tuleva sähkömagneettinen säteily pääsee huonommin säteilemään ulos systeemistä, mikä nostaa systeemin peruslämpötilaa jonkin verran.

Myös kasvihuoneissa kyseistä ilmiötä tapahtuu, joskaan ilmiö ei arkkityyppisesti liity kasvihuoneisiin, kuten termi kasvihuoneilmiö antaa ymmärtää.^[1]

Joseph Fourier havaitsi kasvihuoneilmiön vuonna 1824, ja kvantitatiivisesti sitä tutki ensimmäisenä Svante Arrhenius 1896. Ilmiössä kasvit lähettävät auringon valoa takaisin avaruuteen, jonne se ei pääse johtuen epämetallien oksideista ja muista kaasuista, joita syntyy liikenteessä ja teollisuuden tehtaissa.” …

”Kasvihuonekaasujen vaikutuksesta ilmakehän lämpötila on korkeampi kuin se muuten olisi. Kasvihuonekaasut päästävät lähes täydellisesti lävitseenauringosta tulevan säteilyn, varsinkin näkyvän valon, mutta absorboivat eli imevät huomattavan osan planeetan pinnalta lähtevästä pitkäaaltoisemmasta lämpösäteilystä (infrapunasäteilystä). Kasvihuonekaasumolekyyli kykenee rakenteestaan johtuen muuttamaan absorboimansa lämpöenergian uudelleen säteilyenergiaksi, jolloin osa energiasta palaa takaisin lämmittämään maan pintaa^[4].” Wikipedia

Sekavalta vaikuttavalle kirjoittajalle näyttää olevan epäselvää, mikä ilman lämmittää – mutta myös moni muu seikka. Se on suurimmaksi osaksi maan/veden pinta, joka lämpiää auringon säteilyenergian voimalla ja lämmittää edelleen ilman. Ilmakehällä on siis lattialämmitys. Lämpö muodostuu aineessa, eikä ole säteilyä.

Ilmakehä on hyvä eriste. Maapallon pinta ja vedet tulisivat kuumiksi, ellei systeemissä olisi ilmajäähdytystä. Maan ja veden pinnan lämpöä purkaa suoraan avaruuteen IR-(infrapuna)säteily, jonka osuus poistuvasta energiasta on kuitenkin vain noin 6 prosenttia. Suuri osa maatason lämmöstä lauhtuu aineen virtauksen välityksellä eli ilmaseoksen kaasujen noustessa ylöspäin, jolloin ilma laajenee ja jäähtyy. Merkittävän osan lämmöstä kuljettaa yläilmoihin haihtuminen. Näitä ilmiöitä voi tarkastella esijäähdytyksenä.

Lopun jäähdytysprosessista hoitavat troposfäärissä pääosin vesihöyry ja hiilidioksidi säteilemällä lämpöenergian avaruuteen. Hiilidioksidin säteilykorkeudessa (n. 11 km) vallitsee yli 50 asteen pakkanen. Vesihöyryn säteilyn keskimääräinen korkeustaso on noin 4-5 kilometriä ja lämpötila -20 asteen tienoilla. NASA:n kaavio osoittaa energiavirtojen kulun auringosta maahan ja maasta pois. Kannattaa panna merkille, että tämä kaavio ei tunne lainkaan monien kasvihuoneteoreetikoiden rakastamaa hiilidioksidin ns. takaisinsäteilyä ilmasta maahan.

NASAn energiabudjetti.

Wikipedian kirjoittajalle näyttää olevan tuntematonta, että lämpö tarkoittaa ilmaseoksen kineettistä energiaa, ei säteilyä.

Hiilidioksidi ei alailmakehän paineessa kykene säteilemään siitä yksinkertaisesta syystä, että ennen kuin fotonin törmäyksen synnyttämä viritys purkautuu säteilyksi, molekyyli törmää muihin ilmamolekyyleihin ja purkaa tässä yhteydessä viritystilansa. Tapahtumaa kutsutaan relaksaatioksi.

Molekyylien ja atomien relaksaatiossa on periaatteellinen ja teeman kannalta perustava ero. Kun atomi virittyy fotonin adekvaatista törmäyksestä, se emittoi säteilemällä saamansa energian automaattisesti eteenpäin.

Kun hiilidioksidimolekyyli virittyy, se voi purkaa saamansa energian säteilemällä – jos siihen on ennen törmäystä aikaa. Tilastollisesti troposfäärin alaosassa relaksaatio eli paluu fotonin aiheuttamasta viritystilasta tapahtuu molekyylin vapausasteiden vuoksi rotaation ja värähtelyn kautta Jablonski-diagrammin  mukaan. Relaksaatiossa hiilidioksidimolekyyli palaa lämpötasapainoon ympäröivän molekyylimassan kanssa. 

Jablonski-diagrammi kuvaa, millä tavalla säteilyn todennäköisyys kasvaa, kun noustaan ilmakehässä ylöspäin ja ilmanpaine eli molekyylitiheys alenee. Noin 10 kilometrin korkeudessa hiilidioksidi säteilee lähes 100-prosenttisesti.

Kun katsotaan yllä olevassa kuvassa  troposfäärin lämpöprofiilia (ylhäällä kylmempi, alhaalla lämpimämpi, mutta aina viileämpää keskimäärin kuin maatasolla), niin selviää että lämmön siirtyminen hiilidioksidista tai mistä tahansa ilmaseoksen molekyylistä maata lämmittämään on fysikaalinen mahdottomuus.

Hiilidioksidimolekyylillä ei voi olla ilmaseoksessa muista molekyyleistä poikkeavaa, omaa ja erillistä lämpötilaa. Ilmaseoksen lämpö eli kineettinen energia on murskaavalla enemmistöllä valtamolekyylien eli typen, hapen ja argonin lämpöä.

Kaiken kukkuraksi fysiikasta puuttuu kokonaan erillinen ”säteilyenergian säilymisen laki”.

Ilmatieteen laitos

Ja mitä Ilmatieteen laitos haluaa suurelle yleisölle kasvihuoneilmiöstä kertoa. Lyhyt sitaatti oppimateriaalista:

”Maapallon ilmakehä toimii kasvihuoneen tavoin päästäen sisään auringon lyhytaaltoisen säteilyn, mutta estäen tehokkaasti maanpinnan ja ilmakehän itsensä lähettämän pidempiaaltoisen lämpösäteilyn poistumisen. Tämä ilmiö on kasvihuoneilmiö.

Osittain kasvihuoneilmiö on välttämätön elämälle maapallolla. Jos kasvihuoneilmiötä ei esiintyisi, heijastuisi liian paljon lämpösäteilyä pois maapallolta ja keskilämpötilamme täällä olisi noin 33 astetta kylmempi kuin nyt, eli n. -18 ^oC.”

On vaikea ymmärtää, mitä kirjoittaja ajattelee. Hänen mielestään ilmakehä estää tehokkaasti pitkäaaltoiseen lämpösäteilyn poistumisen. Kirjoittaja tarkoittaa IR-säteilyä, mutta on kaikin tavoin hukassa. Ongelmahan ei ole säteilyn estyminen, vaan se, mitä ilmakehän lämpö on ja miten maan ja vesien pinta lämpenee tai jäähtyy. Sitä pohdittiin aikaisemmin.

Säteily ei suinkaan esty, sitä tapahtuu suoraan maatasolta avaruuteen ja myös absorptiokykyisten kaasujen avulla, tietyin edellytyksin. Maatason ja ilmakehän jäähdytysmekanismi on kuitenkin paljon monimutkaisempi prosessi kuin vain absorptiokaasujen absorptio ja emissio. Prosessin pelkistäminen kirjoittajan tavoin on anteeksiantamaton virhe ja suoranaista lukijoiden harhaan johtamista.

Myös Ilmatieteen laitoksen oppimateriaalin kirjoittajalle näyttää olevan epäselvää, että ilman, maan ja veden lämpö on kineettistä energiaa, ei molekyylien, ei myöskään ns. kasvihuonekaasujen molekyylien säteilyä.

Ilmaseos muodostaa eristekerroksen maapallon ympärille. Se ei estä jäähtymistä, mutta turvaa suuren lämpökapasiteettinsa avulla keskimäärin suotuisan elinympäristön monimuotoisille organismeille. Ellei jäähdytystä olisi, ilmakehä lämpenisi ja tekisi elämän suurelta osin mahdottomaksi tai ainakin hankalaksi. Tässä ohitettakoon vain maininnalla maapallon vesivaipan rooli lämpötaloudessa. Sen kapasiteetti ylittää moninverroin ilmakehän lämpövaraston ja turvaa osaltaan lämpötalouden jatkuvuuden.

Ns. kasvihuonekaasut osallistuvat omalla vähäisellä lämpökapasiteetillaan ilmakehän kokonaiskapasiteetin muodostamiseen. Valtaosa kineettisestä lämmöstä on sitoutunut ilmakehän valtakaasuihin. Vesihöyryllä on tärkeä funktio sääilmiöissä veden dramaattisten olotilamuutosten vuoksi. Sekä vesihöyry että hiilidioksidi osallistuvat ilman jäähdyttämiseen sekä siirtämällä lämpöä materiaalivirtauksina yläilmakehään että säteilemällä energiaa avaruuteen.

Ilmakehä kokonaisuutena on sekä eristyspatja että lämmönvaihdin. Sen toimintojen korvaaminen tai kuvaaminen parilla ns. kasvihuonekaasulla on mahdottomuus. Aurinko, vesi ja tuuli eivät tarvitse hiilidioksidin apua maapallon ilmaston säätelyyn.

Kari Arvola