Vetenskap – del 2

Första avsnittet i denna serie (?) inleddes med ett osammanhängande referat av nobelpristagaren Robert B. Laughlins bok ”A different Universe, Reinventing physics from the bottom down”. Här föreslås en beskrivning av naturen i termer av olika skikt av emergens. Jag avlutade med frågan ”Kan klimatsystemet beskrivas som emergent?”

Låt oss börja dagen med att omedelbart bordlägga den frågan. Kanske vi kan återkomma till detta i ett senare avsnitt beroende på hur denna serie utvecklar sig? I stället går vi direkt på rödbetan: hur kan vi hitta en beskrivning av jordens klimat, byggd på en ansats som så lång möjligt utgår från hela klimatsystemet, innan vi börjar splittra upp beskrivningen i beståndsdelar och delprocesser?

Men först ett försök till instruktion hur man kan bena upp ett vetenskapligt resonemang. Grunden utgörs ett ramverk av konstateranden (observationer) och antaganden (premisser) till grund för påståenden och slutsatser. Ett krav på ramverket och slutsatserna är att de kan fogas in i övergripande ramverk. Detta låter kanske enkelt och solklart men liknar i själva verket ofta en ytterst svårnavigerad hinderbana.

Vi kör igång: Jorden tar emot solenergi och avger energi genom strålning (konstaterande). All solenergi som når jorden absorberas inte: ca 30 % reflekteras (albedo 0,3). Det är viktigt att komma ihåg att albedo inte är en fix, konstant, storhet utan påverkas av graden av molnbildning, landanvändning, stoft och aerosoler i atmosfären, osv, osv (konstaterande). I andra meningen har vi gått direkt på en av klimatforskningens stora stötestenar. Det gick snabbt, eller hur?

Nästa grundbult i resonemanget är att den absorberade solenergin är lika stor som den som jorden strålar ut. I medeltal över någon tidsperiod!! Nästa hinder: över vilken tidsperiod? Dygn, månader, år, sekel…??? Därom finns som alltid olika uppfattningar. Men över någon tidsrymd, energibalans.

Page4 Kleidon

Och vad innebär det jorden är utsatt för ett energiflöde där kortvågig, lågentropisk (se entropi) solstrålning in = långvågig, högentropisk jordstrålning ut? Detta energiflöde upprätthåller ett stationärt, entropiproducerande icke-jämviktstillstånd i klimatsystemet. Sådana tillstånd karaktäriseras av principen för maximal entropiproduktion (MEP) och reagerar på störningar genom negativa återkopplingar. Positiva återkopplingar förekommer alltså inte i klimatsystemet enl. denna princip. Detta är tvärtemot hur gängse klimatmodeller är konstruerade och på vilka klimathotet bygger.

Page5kleidon

Energiflödet från absorption till återstrålning ger klimatsystemet ett stationärt värmeinnehåll. För att kunna säga något om atmosfären som en del av klimatsystemet är det nödvändigt att gå in på klimatsystemets interna energiflöden. Atmosfärens värmeinnehåll levereras, transporteras och försvinner genom olika delprocesser:

  • Värmeabsorption i atmosfären
  • Värmeabsorption på jordytan
  • Värmeledning från jordytan
  • Den hydrologiska cykeln (vattnets fasövergångar)
  • Konvektion
  • IR-strålning från jordytan och atmosfären mot rymden

Det gick väldigt snabbt att komma fram till pudelns kärna utan att nämna något om delprocesserna för energiflödet i klimatsystemet. Kanske för snabbt? Men mer om dessa i nästa avsnitt!

Men läs gärna om MEP. Detta är fascinerande, den landar till slut i Gaia-hypotesen. Axel Kleidon, Max Planck Institute for Biogeochemistry är föregångsman inom detta område. Det är hans fina bilder som är inklistrade.

Tack för i afton och på återhörande!

Göran

Dela detta inlägg

7 reaktion på “Vetenskap – del 2

  1. 2
    Claes Johnson

    Intressant Göran!! Men vad får Dig att satsa alla kort på MEP? Varför skulle klimatsystemet i alla lägen göra så stort motstånd som möjligt genom att stå på bromsen?

  2. 3
    Goran Ahlgren Inläggsförfattare

    Hej Ingemar,
    Länken ska fungera nu.

    Hej Claes,
    Trevligt att höra ifrån dig. Jag tycker det är värt att följa upp ett spår som bygger på hela klimatsystemets termodynamik innan man börjar gräva i delprocesser för värmetransport. Har du något annat förslag som leder framåt och tar fasta på egenskaper för stationära tillstånd långt från jämvikt som upprätthålls av ett energiflöde? I så fall är jag synnerligen intresserad.

  3. 4
    Mats

    Bra Göran, intressant, jag vill ta upp en del – ”Den hydrologiska cykeln (vattnets fasövergångar)” – här finns det troligen större osäkerheter i modellerna än i allmänhet – en ”tillkommande” faktor som troligen inte är genomlyst är det faktum att den ökade växtligheten globalt bidrar till att förändra albedo samt att solinstrålning träffar ”växtlighet” lite tidigare på ”blad” etc som till viss del innehåller organiskt material och tillhörande vätsketransport och latent del – troligen kan dessa faktorer medverka i en process som inräknat med en förändrad molnbildning ger en dämpande effekt på luftens temperaturökning, att solens strålar i en minskad del träffar jordytan och i stället träffar en utökad del ”växtlighet” bör ge dämpande effekt på jordytans temperaturökning samtidigt som att en ökad grad av växtlighet borde ge en mer avskärmad ”avgivning” av värmestrålning när atmosfären kyls av under kväll/natt

  4. 5
    C-G Ribbing

    Spännande Göran!
    Min kommentar är tämligen ovidkommande, men din entropifigur visar en sak som jag tycker bör betonas.
    Speciellt den tabell som visar hur litet mänsklighetens bidrag är till entropiflödet. Jorden minskar sin entropi – netto – genom att stråla ut värmestrålning. Det är detta som gör liv och växtlighet på jorden termodynamiskt möjlig!

    Det betyder att i ett globalt entropiperspektiv är det försumbart vad vi har för oss. T ex fossil-eldningens bidrag till till entropin spelar en ytterst ringa roll. Miljöorganisationen ”Det naturliga steget” förrsöker med sina hållbarhetsprinciper hävda det motsatta, dvs att fossileldning strider mot hållbarhet i någon slags termodynamisk mening. Om jag förstått rätt har någon på CTH disputerat på sådant nonsens – men jag har inte läst avhandlingen.
    C-G

  5. 6
    Sten Kaijser

    Tack Göran,
    jag hade inte tid att läsa ditt inlägg när det kom, men nu ser jag att det i grunden bygger på oerhört viktiga termodynamiska principer. Mig påminner det om Prigogine och hans idéer. Jag är definitivt nyfiken på fortsättningen.

  6. 7
    Mats Jangdal

    Intressant ansats. En av de viktigaste sanningar jag brukar påminna mig själv och andra är att ”liv är rörelse”.
    Här visar Göran att entropiproduktion = energidestruktion transformerad via rörelse, alltså liv.
    Vi som vill leva ett tag till får alltså hoppas att entropiproduktionen fortsätter!

Kommentarer inaktiverade.