Fizyka dla każdego

Dzisiaj (20 marca) a może jutro* zaczyna się astronomiczna wiosna. 

Ankara shipping company Türkiyem Nakliyat, located in Corporate Ankara evden eve nakliyat, offers home moving, office moving and piece goods moving services in Ankara. All districts of Ankara, especially mamak evden eve nakliyat , sincan evden eve nakliyat It offers transportation services in its districts with the appropriate ankara evden eve nakliyat fiyatları.

Ale tak naprawdę, to zimy w tym roku (2019/2020) w ogóle nie było**.

Gdzie się ona podziała i dlaczego?Tekst, krótki i zdecydowany jest przeznaczony dla dorosłych*** czytelników. 

Młodzież odsyłamy do naszych wcześniejszych wykładów.

 

Sopot, 21/03/2020 (foto Maria Karwasz)     

 

Gdzie się podziała zima?

“Czy to już wiosna?” pyta moja lekarka, i dodaje “Zmiany klimatyczne w historii Ziemi zachodziły zawsze”. Prawda, Pani Doktor! “Efekt cieplarniany występuje też na Marsie” – mówi ekspert w programie TVP, a drugi ekspert, też profesor, nie potrafi tej tezy ocenić. “Para wodna jest głównym gazem cieplarnianym” – stwierdza na głównym kanale włoskiej RAI znakomity skądinąd popularyzator nauki. „A w czasach dinozaurów temperatura była wyższa o 12 stopni.” Tak, ale pewno Fahrenheita. Czyli wszystko prawda, ale zebrane w całość składa się na jeden, duży stek: percepcja społeczna efektu cieplarnianego (i niestety w dużej mierze spójność naukowa) nie przekracza poziomu szesnastolatki.

Zmiany klimatyczne są cechą immanentną wszystkich planet. Na Ziemi miały miejsca zlodowacenia całego globu, np. jakieś 800 mln lat temu: to zamrożenie oceanów pozwoliło na przyspieszenie ewolucji, która mogła eksperymentować różne rozwiązania dookoła oceanicznych kominów wulkanicznych [1]. Co było przyczyną tego rodzaju zlodowaceń – chyba nie do końca wiemy. Wiemy natomiast z absolutną pewnością, że dzięki obecności gazów wieloatomowych (absorbujących w podczerwieni), jak H₂O i CO₂ (ale we właściwych proporcjach) naturalny efekt cieplarniany na Ziemi wynosi +33 K, a bilans ciepła aż 116%. Innymi słowy, gdyby nie ten efekt, średnia (po porach roku i na całym globie) temperatura wynosiłaby (minus) -18ºC: żadnego życia a jedynie lodowa pustynia. Na Marsie też jest dwutlenek węgla, ale ciśnienie atmosferyczne jest rzędu 1/100 ziemskiego, więc efekt cieplarniany wynosi zaledwie +3K, a średnia temperatura pewno -40ºC[i] .

Tak, zmiany klimatyczne zachodziły, i zachodzić muszą. Astronomiczną przyczyną są zmiany geometrii orbity (i nachylenia osi) Ziemi. Złożenie trzech zmian periodycznych o różnych okresach, ale wszystkich rzędu dziesiątek tysięcy lat, daje tzw. cykle Milankovica. Kolejne hasło do zapamiętania. Niestety, te cykle nie wyjaśniają nagłych zlodowaceń przez ostatnie setki tysięcy lat: sprzężeń zwrotnych, które doprowadzają do bistabilności układu.

Kolejna liczba do zapamiętania to zawartość CO₂ w atmosferze: między rokiem 1000 (początek wiarygodnych danych z różnych metodologii) a 1850 r. (początek przemysłowego spalania węgla w Anglii i gdzie indziej) wynosiła ona 270 ppm. Zadaniem dla trzecioklasisty jest przeliczenie, ile procentowo 412 (?) jest większe od 270. Niedługo ssaki nie będą miały czym oddychać. Na szczęście, większość węgla i ropy już spaliliśmy: „Nature” w 2002 roku oceniło zasoby węgla na 202 lata, stąd zapewne różne publiczne przemówienia. Hipokryzją jest też raport wielkiego panelu IPCC z grudnia 2019, że wzrost temperatury warto powstrzymać na granicy +2ºC, bo po prostu, nie ma już czego spalać.

Ale jeśli modele, w tym IPCC mają tak duży zakres niepewności, to może nie wszystkie sprzężenia zwrotne systemu są dostatecznie przewidywalne: spadające albedo kurczącej się pokrywy lodowej, wzrost ciśnienia parcjalnego H₂O, spadek rozpuszczalności CO₂ w morzach - są uwzględnione w modelach [2], ale nieoczekiwane uwolnienie klatratów metanu z dna oceanów – chyba nie.

Trzeba też przytoczyć, że w czterech krajach świata energetyka jest oparta na węglu kamiennym. Są to Chiny, Indie, Kazachstan i Polska. Towarzystwo doborowe! Dopłaty do węgla w Polsce to mniej więcej 2 tys. zł na jednego obywatela rocznie. Według badań brytyjskich [3] zwiększona (250 ng/m³) zawartość benzopirenu w powietrzu w cyklu życia 40 lat podwaja szanse na raka płuc. Stąd przyjętą w UK normą jest 2,5 ng/m³. W Polsce zmierzony w 2017 roku poziom  benzopirenu nie mieści się na wykresie [4].

 

Po ustaleniu faktów (byłoby dobrze, gdyby choćby środowisko naukowe umieściło w zasobie pojęciowym +33K, 270 ppm i cykle Milankovica), warto szukać rozwiązań. Jednym jest dyskutowana wśród fizyków (zob. np. Postępy Fizyki 2019) energetyka uranowa, innym możliwym cykl torowy (zob. mój tekst w PA z czerwca), innym jeszcze „energetyka wodorowa”, jak to umawiano w listopadzie w Gdańsku [5]. Ale jeden region i 2000 ton zdeklarowanych to nadal kropla wodoru w morzu ropy.

Grzegorz Karwasz (20/02/2020)

text pdf

Tekst uwzględniajacy uwagi recenzenta, z dodatkowymi wykresami.

---

* Niewielkie wahania oficjalnego momentu rozpoczęcia wiosny (tzn. równonocy) wynikają z mechaniki ruchu Ziemi dookoła Słońca. 

Istotne jest jedynie, że jest to mniej więcej 21 marca. Tę stałą datę początku wiosny zawdzięczamy Kopernikowi.

W kalendarzu juliańskim dzień równonocy przesuwał się w kierunku lutego (tzw. precesja) - astronomowie Cesarza Juliusza wyliczyli długość roku dobrze - to oni wprowadzili rak przestępny raz na cztery lata, ale nie dość dobrze: raz na sto lat rok nie jest przestępny, ale raz na czerysta - jest. 

W czasach Kopernika różnica między rokiem kalendarzowym a astronomicznym (liczonym np. od równonocy wiosennej do koeljnej wiosennej) wyniosła już 11 dni. 

To Kopernik dostarczył papieżowi danych doświadczalnych (obserwacje prowadzł m.in. na zamku w Olsztynie). Reformy kalendarza dokonał w 1582 roku kolejny papież, Grzegorz.

** W Sopocie od października 2019 do marca 2020 nie było ani jednej nocy z temperaturą poniżej zera, i śnieg spadł dopiero 12 marca, ale w ciągu dnia stopniał.

*** Tekst jest krótki i zdecydowany: autor stracił cierpliwość do dyskusji - efekt cieplarniany jest czy nie. "Eksperci" twierdzą, że dane są niejasne, przyznając jednocześnie, że na mechanizmach fizycznych się nie znają. 

Politycy deklarują, że Polska będzie kopać węgiel do 2040 roku, mimo że Europa Zachodnia dawno kopanie zamknęła.

W sprawie zanieczyszczenia powietrza pojawiają się pojedyncze głosy, i tylko gdy jest to "we własnym interesie".

Stąd tekst krótki i zdecydowany - jedynie dla dorosłych.  

---

Prof. dr hab. inż. Grzegorz Karwasz, Katedra Dydaktyki Fizyki, UMK, Toruń

Ekspert XII Dyrektoriatu EU, IAEA w Wiedniu i Provincia Autonomia di Trento

 

---

Bibliografia (do tekstu z 21/03/2020)

[1] Nick Lane, Life Ascending. The Ten Great Inventions of Evolution, Profile Books, 2009.

[2] Uemura, R., Motoyama, H., Masson-Delmotte, V. et al. Asynchrony between Antarctic temperature and CO₂ associated with obliquity over the past 720,000 years. Nature Commun 9, 961 (2018). doi:10.1038/s41467-018-03328-3

[3] Karwasz, G., Służewski, K., Ziemia pod pierzynka, czyli o naturalnym efekcie cieplarnianym, Foton, 121 (Lato 2013) 37-42. http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Publikacje_2013/Cieplo1_2013.pdf,

[4]  Heinze, Ch., Eyring, V., Friedlingstein, P. et al.  Climate feedbacks in the Earth system and prospects for their evaluation, Earth Syst. Dynam. Discuss., doi:10.5194/esd-2018-84

[5]  Gaihre, S, Semple, S., Miller, J. et al,  Classroom carbon dioxide concentration, school attendance, and educational attainment. J. Sch. Health 84 (9): 569 (2014).doi: 10.1111/josh.12183.

[6] Heinberg, R., Fridley, D. The end of cheap coal. Nature 468, 367–369 (2010). doi.org/10.1038/468367a

[7] Reuters.com/article/us-shell-results-reserves-graphic/shells-oil-and-gas-reserve-life-drops-for-sixth-year-in-a-row-idUSKBN1ZT1WQ

[8] Delgado-Saborit, J.-M., Stark, Ch., Harrison, R.M., Carcinogenic potential, levels and sources of polycyclic aromatic hydrocarbon mixtures in indoor and outdoor environments and their implications for air quality standards, Environment International, 37, 383 (2011). https://doi.org/10.1016/j.envint.2010.10.011

[9] Air Quality in Europe 2019, European Environment Agency, str. 43 https://www.eea.europa.eu//publications/air-quality-in-europe-2019

[10] http://rigp.pl/posumowanie-miedzynarodowej-konferencji-na-temat-technologii-wodorowych/