Mitkä ovat ilmastonmuutoksessa muutamia tärkeimpiä termodynamiikan sääntöjä ja kaavoja?
Vähän termodynamiikkaa
Ilmastonmuutoksen ymmärtämisessä termodynamiikan perusteet ovat keskeisiä, vaikka suoraan ilmastonmuutoksen kaikkiin ilmiöihin ei niitä sovelletakaan. Tässä vain muutamia tärkeitä termodynamiikan periaatteita ja kaavoja, jotka voivat auttaa ymmärtämään ilmastonmuutoksen taustalla olevia prosesseja:
1. Energian säilymislaki:
dE/dt = ∑Q’ – ∑W’
- E = energian kokonaismäärä järjestelmässä
- Q’ = lämmönsiirtojen summa
- W’ = työn määrä joka järjestelmässä tehdään
Tämä perusperiaate sanoo, että energiaa ei voi syntyä tyhjästä eikä kadota, se muuttaa vain muotoaan. Ilmastonmuutoksessa tämä tarkoittaa sitä, että aurinko säteilee energiaa Maahan, joka sitten muuttaa tätä energiaa eri prosesseissa, kuten lämmön, liikkeen ja kemiallisen energian muodossa.
2. Lämpötilan nousu ja säteilytasapaino:
εσT4 = αS
- ε = emissiokerroin
- σ = Stefan – Boltzmannin vakio
- T = pintalämpötila
- α = albedo
- S = auringon säteilyteho
Ilmaston lämpeneminen liittyy säteilytasapainon muutoksiin. Kasvihuonekaasut, kuten hiilidioksidi absorboivat osan Maan pinnalta lähtevästä lämpösäteilystä ja säteilevät osan takaisin Maan pinnalle. Tämä johtaa ilmakehän lämpenemiseen, koska energiaa jää enemmän maahan kuin sitä poistuu takaisin avaruuteen.
3. Entropian kasvu:
∂S/∂t ≥ 0
Termodynamiikan toinen pääsääntö sanoo, että eristyneessä järjestelmässä (maapallo on eristynyt, sitä ympäröi tyhjiö) entropia (häiriön määrä) kasvaa tai pysyy samana ajan myötä. Ilmastonmuutoksen kannalta tämä voi ilmetä esimerkiksi monimutkaisten ilmakehän ja merien vuorovaikutusten kautta, kun energia jakautuu ja järjestelmät pyrkivät kohti tasapainoa.
4. Tasapainon haku ja epätasapainon seuraukset:
∇ x j→
Tässä j→ on tasapainon kuvailu, joka voi olla esim. lämpövirtojen, energian tai muiden suureiden vuorovaikutuksia kuvaava vektori. Tämä yhtälö ilmaisee, että järjestelmä pyrkii tasapainoon, kun:
∇ x j→ = 0
Näissä kaavoissa käytetään osittaisdifferentiaaleja (esim. ∂/∂t ajan suhteen) ilmaisemaan, miten suureet muuttuvat ajan ja tilan funktioina. Ne auttavat ymmärtämään termodynamiikan lakeja ja niiden soveltamista ilmastonmuutoksen prosesseihin.
Joillekin ilmastodenialisteille nämä muutamat peruskaavat täytyvät olla ns. ”täyttä hebreaa”, sillä heidän väitetään sanoneen, että IPCC ja muutamat muut eivät ymmärrä termodynamiikkaa. Olisi mielenkiintoista nähdä, miten nämä jotkut ilmastodenialistit osaavat soveltaa näitä muutamia tärkeitä kaavoja, jotka ilmastonmuutokseen liittyvät ja myös näyttää ne laskelmat, missä IPCC ja muutamat muut eivät ymmärrä termodynamiikkaa.
