Een realistische visie op de klimaatproblematiek (deel 3)

Dit is een vervolg op deel 1 en deel 2.

Door gastblogger.

I.4.3 CO₂ is kwalitatief en kwantitatief een zwak broeikasgas
I.4.3.1 Eigenschappen van CO₂ als broeikasgas (vergelijking met H₂O)

Als we meer informatie zoeken op wikipedia over broeikasgassen, dan vinden we het volgende:

“Broeikasgassen zijn gassen in de atmosfeer van de Aarde of een andere planeet met het vermogen om warmtestraling te absorberen en geleidelijk in alle richtingen weer af te geven. Hierdoor dragen ze bij aan het vasthouden van warmte in de atmosfeer en daarmee aan het verhogen en in stand houden van de evenwichtstemperatuur. Dit wordt het broeikaseffect genoemd. “

Het belangrijkste broeikasgassen in de aardatmosfeer is waterdamp. Op grote afstand volgt dan koolstofdioxide, methaan, lachgas (distikstofmonoxide) en ozon. Zonder broeikasgassen zou de gemiddelde temperatuur op Aarde zo’n 33 graden lager zijn: -18 °C in plaats van de huidige +15 °C. Bij min 18 °C zou alles hier op aarde bevroren zijn. Broeikasgassen stralen warmte uit in alle richtingen.

CO₂ is kleurloos, transparant of doorzichtig, en laat dus veel zichtbaar licht door. Dat het een heel zwak broeikasgas is, betekent dat het slechts in beperkte mate IR-straling absorbeert. Het is een veel zwakker broeikasgas dan bv. waterdamp. En dat kan men afleiden uit onderstaande grafiek, figuur 4.

Figuur 4: Absorptiebanden van de belangrijkste gassen in de atmosfeer Bron

In het rechtse deel staat bovenaan in het magenta, het deel van het infrarode spectrum (warmtestralen) dat ongestoord doorgelaten wordt in de richting van de ruimte. Daaronder staat hetgeen de verschillende broeikasgassen absorberen (som van alle gassen in het grijs). We kunnen zien dat waterdamp (Water Vapor) veel meer infrarode straling absorbeert dan CO₂ (Carbon Dioxide). De smalbandige piekjes van absorptie door CO₂ bevinden zich bij 2, 2.9, 4.3, 15, 16-18 micrometer. De piekjes in het spectrum worden dan nog geheel of gedeeltelijk overlapt door het absorptiespectrum van waterdamp, behalve het piekje van 4.3µm. Maar bij 4.3µm is er toevallig weinig straling. De conclusie is dat er bij ongeveer 15µm à 16µm de meeste straling zal opgenomen worden.

Bovenstaande grafiek laat ook het spectrum (in het donkerblauw) zien van zuurstof O₂ (Oxygen and Ozone). Hier zal later nog op teruggekomen worden.

Er bevindt zich ongeveer 0,04% (of 400ppm) CO₂ in de atmosfeer. Het is moeilijk om zich voor te stellen hoeveel, of beter, hoe weinig dit eigenlijk is. Stel dat je een kubusje hebt met een zijde van 1cm en je plaatst dit naast een gebouw van 25m (8 bouwlagen) hoog dan is de hoogte van het blokje tot het gebouw in dezelfde verhouding als het CO₂-gehalte in de atmosfeer. Om het met volumes uit te leggen, ongeveer 8 druppels van 0,050ml (samen 0,4ml water) in één liter water; dat is bijzonder weinig. De meeste broeikasgassen , behalve waterdamp, worden sporegassen genoemd omdat ze slechts in zeer geringe mate aanwezig zijn in de atmosfeer. Deze sporegassen maken allemaal samen minder dan 0,1% van de atmosfeer uit. De atmosfeer kan waterdamp bevatten, wel 125 keer méér dan CO₂, én waterdamp absorbeert veel beter warmtestraling dan CO₂. Waterdamp is echter niet gelijkmatig verdeeld in de atmosfeer in tegenstelling tot CO₂.

Wetenschappelijke studies bevestigen dat waterdamp een veel belangrijker broeikasgas is dan CO₂. CO₂ heeft niet veel invloed op de atmosfeer als broeikasgas.

Kauppinnen et al., 2014:

“Our experimentally derived sensitivity R gives the temperature change of 0.24°C when doubling CO2 concentration. According to IPCC the change is most probably about 3.1°C without any experimental evidence. So it is clear that one cannot explain the observed temperature change only by greenhouse gases.”

Lightfoot and Mamer, 2014:

“from the previous section, water molecules are 1.6 times more effective at warming than CO₂ molecules”
en
“As water vapour is approximately 96% of the total RF of all of the GHG,…”
en
“CO₂ is responsible for approximately 2.7 % of the total RF of all of the GHG.”
en
“By the quadratic model, ∆RF = 3.26 W m^-2 for doubling of CO₂ from 275 to 550ppmv. On a pro rata basis, ∆RF = 3.26 W m^-2 would generate an increase in atmospheric temperature of only 33°C x (3.26/324) = 0.33°C.”

Lightfoot and Mamer, 2018:

“Robust scientific evidence shows the sun angle controls water vapour content of the atmosphere, the main component of back radiation, as it cycles annually. Water vapour content measured as the ratio of the number of water molecules to CO₂ molecules varies from 1:1 near the Poles to 97:1 in the Tropics. The effect of back radiation on Earth’s atmosphere is up to 200 times larger than that of CO₂ and works in the opposite direction. Thus, if CO₂ has any effect on atmospheric temperature and climate change we show it is negligible. Consequently, current government policies to control atmospheric temperature by limiting consumption of fossil fuels will have negligible effect”

Nelson&Nelson, 2024:

“The infrared spectra showed the Greenhouse Gases had an exceptionally low absorption band between 11.67 μm to 9.1 μm, which is a zone called the infrared atmospheric window. Most of the Greenhouse Gases absorb little infrared inside that zone. And that zone is where the Earth’s surface emits almost all infrared radiation. Even with minimal absorbance, water vapor captures the most infrared radiation. It absorbs 84 times more than CO₂, 407 thousand times more than methane, 452 thousand times more than ozone and 2.3 million times more than nitrous oxide.”

Smirnov, 2018:

“From this, it follows for the change of the global temperature as a result at doubling of the concentration of atmospheric CO₂ molecules ∆T = (0.4 ± 0.1) K”

Wong and Minnett, 2018:

“Clouds generate a radiance difference of up to ∼40 mW m⁻² sr⁻¹ (cm⁻¹)⁻¹, about 8 times that of the 3 × CO₂ spectrum (∼5 mW m⁻² sr⁻¹ (cm⁻¹)⁻¹). Thus, we expect to see a much larger change in the heating rates for cloud forcing. The bottom plot of Figure 5 shows that the cloud forcing produces a total difference in absorbed radiation of ∼9 W m⁻² sr⁻¹ at the surface whereas 3 × CO₂ forcing only gives ∼500 mW m⁻² sr⁻¹.”

Schildknecht, 2020:

“We find an equilibrium climate sensitivity (temperature increase ∆T due to doubling of atmospheric CO2 concentration) of ∆T ≃ 0.50C. We elaborate on the consistency of these results on ∆T with results observationally obtained by satellite-based measurements of short-time radiation-flux versus surface-temperature changes.”

Coe et al., 2021:

“From this data it is concluded that H2O is responsible for 29.4K of the 33K warming, with CO2 contributing 3.3K and CH4 and N2O combined just 0.3K. Climate sensitivity to future increases in CO2 concentration is calculated to be 0.50K, including the positive feedback effects of H2O, while climate sensitivities to CH4 and N2O are almost undetectable at 0.06K and 0.08K respectively. This result strongly suggests that increasing levels of CO2 will not lead to significant changes in earth temperature and that increases in CH4 and N2O will have very little discernable impact.”

Hamel et al. 2024:

“From the foregoing considerations, we learned that doubling CO2 atmospheric concentrations from 400 to 800 ppm amounts to a maximum 1.5% change of energy absorbed in the atmosphere, i.e. a maximal 3 Wm−2 of back-radiation increase. Using the Stefan-Boltzmann formula we then obtain a first estimation of a corresponding temperature increase or GH contribution of 0.5˚K by having 800 ppm atmospheric content compared to the current 400 ppm. This also corresponds very well with the results from Wijngaarden and Happer [2].”
en
“Our measurements align with limitations to an increase of maximum 3W/m2 back-radiation by doubling the CO2 content from 400 to 800 ppm. This minor contribution should not exceed a temperature increase of more than 0.5˚K a value, which is not within the range of significant impact for climatic changes and much lower than annual temperature variations in all regions of the earth.”

Clarck, 2023:

“In order to move beyond the pseudoscience of radiative forcings, feedbacks and climate sensitivity to CO2 it is necessary to follow Fourier and restore the time dependence to the surface energy transfer.”
en
“The increase in downward LWIR flux to the surface produced by an increase of 140 ppm in the atmospheric CO2 concentration is approximately 2 W m-2 or
0.17 MJ m-2.day-1. This can have no measurable effect on ocean temperatures. It is simply absorbed within the first 100 micron ocean layer and dissipated as an insignificant part of the total surface cooling flux.”
en
“There can be no ‘climate sensitivity’ to CO2.”
en
“This also invalidates the water vapor feedback used equilibrium climate models to amplify the initial temperature increase produced by an increase in CO2 concentration,IPCC AR6 (2021).”
en
“There can be no ‘CO2 signal’ in the global mean temperature record.”
en
“When the time dependent surface temperature changes related to the diurnal and seasonal cycle are analyzed in more detail, it is found that there can be no ‘climate sensitivity’ to CO2. The changes in LWIR flux related to a ‘radiative forcing’ by greenhouse gases do not change the energy balance or the surface temperature of the earth. Nor can there be a ‘water vapor feedback’ that amplifies a nonexistent warming. This is a mathematical artifact created by the equilibrium assumption, the fixed RH distribution and the time step integration algorithm introduced by Manabe and Wetherald in 1967.”
en
“Manabe and Wetherald, (1967) copied Arrhenius and created the equilibrium climate fantasy land in which the climate modelers play their computer games with radiative forcings, feedbacks and a climate sensitivity to CO2. This fantasy land is described in Chapter 7 of the Working Group 1 IPCC Climate Assessment Report (2021):…”

Roy Clarck, 2024 heeft forse kritiek (73 pagina’s) op Manabe and Wetherwald, (1967) die als de grondleggers worden beschouwd van de modellen van de heersend AGW- theorie. Hij steekt niet onder stoelen of banken dat hij vindt dat Manabe geheel onverdiend een Nobelprijs heeft gekregen :

When the Royal Swedish Academy of Sciences awarded part of the 2021 Nobel Prize for Physics to Syukuro Manabe they failed to recognize that the climate models used to justify the award were invalid.”

I.4.3.2 Stikstof en zuurstof hebben geen CO₂ nodig om op te warmen

Zuurstof (21%), stikstof (78%) en argon (0,9%) maken samen 99,9% uit van de atmosfeer. Afhankelijk van de locatie (woestijnen, oceanen,…) en de temperatuur komt waterdamp in sterk wisselende concentraties voor waarbij het volume kan variëren van 0,1% tot ongeveer 5%. De basisbestanddelen van de atmosfeer, stikstof en zuurstof, zijn de belangrijkste bijdragers aan de warmteopslag in de aardse broeikas. De gassen die bekend staan als broeikasgassen – voornamelijk waterdamp, koolstofdioxide, methaan – fungeren met hun moleculaire trillingsvrijheidsgraden als transmitters en emitters die de energiestroom tussen de aarde en het heelal reguleren, dankzij hun eigenschap om warmte om te zetten in IR-fotonen en viceversa. In een omkeerbaar uitwisselingsproces kunnen ze dus grote effecten bereiken, zelfs bij lage concentraties. De broeikasgassen zijn, door hun moleculaire structuur, beter in staat om warmte te absorberen en op te slaan dat N₂ en O₂. Maar dit betekent niet dat de N₂ en O₂ helemaal niet in staat zouden zijn om warmte te absorberen; deze laatste gassen kunnen dit ook, zij het in mindere mate, voor dezelfde hoeveelheid van de gassen. Maar, omdat deze gassen (O₂, N₂ en Ar) 99,9% van de atmosfeer uitmaken is de invloed op de temperatuur in het totaal groter dan van de sporegassen (CO₂, CH₄, SO₂, …), die samen minder dan 0,1% van de atmosfeer uitmaken.

Figuur 5 : Verhouding in % van de verschillende gassen in de atmosfeer Bron fig 9.5

Het infrarood spectrum van N₂ gas:

K. A. Saum and W. M. Benesch, 1970 :

“Molecular nitrogen is often thought of as lacking an ir spectrum since it is homonuclear and, consequently, undergoes no vibration-rotation transitions in quasi-natural environments and produces no ir absorption. There remains to be considered, however, the ir emission spectrum arising from transitions between upper electronic states.”

Een opmerkelijke studie is die van Ullman and Bülow, 2024 (ook hier te vinden). Hierin wordt beschreven dat er geen “speciale rol” gespeeld wordt door kooldioxide (CO₂ 0,042% van de atmosfeer) en methaan (CH₄ 0,00018%) bij de opwarming van de atmosfeer door het broeikaseffect, m.a.w. het broeikaseffect van CO₂ speelt geen rol.

Ullman and Bülow, 2024:

“The basic constituents of the atmosphere, nitrogen and oxygen, are the main contributors to heat storage in the Earth’s GH.”
en
“The heat retention in the greenhouse Earth is caused by all gas components according to their molar heat capacities and concentrations in the atmosphere, i.e., mainly by nitrogen and oxygen. It is not permissible to exclusively assign the GH effect of 33° to water vapour, CO₂ and the other trace gases.”
en
“The heat capacities of polyatomic gases, H₂O and the trace gases such as CO₂ , CH₄ and SO₂ are a further approx. 20 % greater than those of O₂ and N₂ molecules …
Multiplied by the low concentration of trace gases, they cannot noticeably increase heat storage in the air. Only H₂O by its phase transformations is able to store great amounts of heat.”
“According to the 2nd Law of Thermodynamics, heat is distributed from hot to colder molecules; there are no hotspots among molecules or types of molecules in the atmosphere. A special role of carbon dioxide cannot be confirmed.”

In Allmendinger, 2016 werd dit effect experimenteel reeds vastgesteld :

“When one tube was filled with air, and the other with pure carbon-dioxide, and when the tubes were oriented perpendicularly to the sun beam, practically no temperature difference could be found”
en
“Surprisingly, and contrary to the expectation of the greenhouse theory, the limiting temperatures of air, pure carbon-dioxide and argon were nearly equal, while the light gases neon, and particularly helium exhibited significant lower limiting temperatures.”

En dit was ook al opgemerkt door Hopfner et al., 2012 :

“This work challenges a common perception on the negligible role of O₂ and N₂ as natural greenhouse gases in the Earth’s atmosphere…It is in fact the large abundance of oxygen and nitrogen which compensates for their only weak interaction with infrared radiation…”
en
“ Due to the atmospheric concentration of atmospheric N₂ (O₂) that is about 2000 (550) times higher than that of CO₂ and about 4.4 × 10⁵ (1.2 × 10⁵) times more abundant than CH₄, even the weak infrared absorption of N₂ (O₂) can become radiatively important.”

***

Wordt vervolgd.