Foto: Netta Arobas

Globální oteplování skleníkovými plyny a jeho předpoklady

Ukážeme, že zvyšování oxidu uhličitého (CO2) a dalších skleníkových plynů v atmosféře vede ke citelnému oteplení jen tehdy, když je atmosféra dostatečně propustná pro tepelné záření s maximem o délce vlny kolem 10 mikrometrů, které vyzařují tělesa o teplotě ca 15 (±40) °C. Ze přímé či nepřímé zkušenosti ale plyne, že propustnost atmosféry, v níž žijeme, je tak malá, že ani velké přírůstky CO2 nemají na oteplení či ochlazení vliv.

Kromě toho je třeba mít na paměti, že oxid uhličitý není jediný skleníkový plyn a dokonce ani nejdůležitější. Mnohem významnější je vodní pára, která je např. v letním vzduchu 20 °C a při 60% relativní vlhkosti obsažena podílem 14 000 ppmv (objemových miliontin). Pro srovnání, dnešní obsah CO2 kolísá kolem hodnoty 370 ppmv.

Zkušenost první

Na rozdíl od oxidu uhličitého je obsah vodní páry v atmosféře velice proměnlivý. Kdyby skleníkové hypotézy věrně popisovaly skutečnost, musela by se tato proměnlivost nápadně projevovat v každodenním životě.

Pokud bychom např. na otevřeném prostranství při zatažené obloze a relativní vlhkosti 40 % (9 300 ppmv) naměřili teplotu 20 °C a pak bychom poodešli o kousek dál do blízkého lesa, kde se drží relativní vlhkost 80% (18 600 ppmv), museli bychom se v lese cítit jak v pařeništi. Obsah skleníkového plynu se zde totiž drží na dvojnásobku, což by mělo bránit sálání tepla z lesa ven.

Ve skutečnosti ve vlhkém lese cítíme spíš chlad než zvýšenou teplotu. Ukážeme, že tomu tak je proto, že tepelné ztráty sáláním (radiací) jsou i bez vysoké vlhkosti tak malé, že je mnohonásobně převáží jiné ztrátové mechanismy – vypařování vody a proudění vzduchu. Jsou dokonce jen tak malé, že jejich další zmenšení – vlivem vyšší vlhkosti v lese – už vůbec nepocítíme.

Obr. 2: Teplota tenkovrstvé omítky kontaktního zateplovacího systému za jasného únorového dne. Měření se uskutečnila na osluněné jižní fasádě. Je třeba věnovat pozornost nočnímu ochlazení omítky pod teplotu vzduchu.

Zemské sálání a zpětné záření atmosféry

Hypotézy o globálním oteplování zavedly nepřesný pojem „odrazů” dlouhovlnného zemského tepelného sálání od atmosféry. Nejde ale o odrazy na způsob odrazu světla od zrcadla. Atmosféra zemské záření neodráží, ale část jej pohlcuje a část propouští. Zpět k zemi atmosféra pak vyzařuje vlastní záření (ještě dlouhovlnnější), které odpovídá její nižší teplotě. Tento hřejivý účinek atmosféry lze výstižněji vyjádřit „zemitějším" pojmem peřinový efekt. Rozhodující je pak celková energetická bilance – tedy rozdíl toho, co zemský povrch vyzařuje zmenšený o energii, kterou sálá atmosféra směrem k zemi.

Přitom musí být dodržena základní podmínka stacionarity, že totiž energii, kterou povrch Země od Slunce přijme, musí také vrátit do vesmíru. V průměru povrch Země přijímá od Slunce krátkovlnné záření o intenzitě 251,8 W/m2. Tatáž průměrná hustota toku energie – 251,8 W/m2 – musí také povrch Země opouštět, jinak by povrchová teplota rychle a trvale stoupala. Způsob, jak se zemský povrch energie zbavuje, je nejen sáláním, ale zejména také prouděním vzduchu a vypařováním vody. Teplo, které bylo do vyšších vrstev atmosféry transportováno s teplým vzduchem nebo vodní párou, pak dál do vesmíru uniká radiačními mechanismy.

Bilance sálavých ztrát od zemského povrchu

Žádná z hypotéz, které viní emise skleníkových plynů z globálního oteplování, dosud nenabídla odhad velikosti sálavé složky tepelných ztrát unikajících od povrchu a její podíl na zmíněných celkových ztrátách 251 W/m2. Je-li podíl sálání na celkových ztrátách velký, potom každý přírůstek skleníkového plynu, který sálání brání, vede k rychlému oteplení.

Tento odhad není obtížné stanovit. Jeho východiskem je Lambertův - Beerův zákon a Kirchhoffův zákon aplikovaný na děje radiace a absorpce. Pro výpočet lze použít rovnici (6) z článku [1], která je z obou zákonů podrobně odvozena. Čtenáři tohoto časopisu jsou pravděpodobně první, kteří se nyní seznámí s odhadem celkové sálavé tepelné ztráty od zemského povrchu, která je rozdílem mezi vlastním zemských sáláním (do atmosféry) a vlastním sáláním atmosféry (zpět k zemi).

V tab. 1 je uvedena poměrná ztráta tepla sáláním od zemského povrchu pro atmosféru s absorpčním součinitelem od 0,1 m-1 do 0,001 m-1. Tepelným zářením se zde myslí elektromagnetické záření se spektrálním maximem pro délku vlny kolem 10 mikrometrů, což odpovídá tělesu o teplotě 15 °C. Zbývá stanovit, jaký řádek v tab. 1 odpovídá poměrům v současné atmosféře.

Zkušenost druhá

Každý ví, že v noci za jasné oblohy a bezvětří dochází k poklesu přízemních teplot ve srovnání se vzdušnou teplotou. Na podzim mluvíme dokonce o přízemních mrazících. Mnohem exaktněji tento jev popsal Jürgen Blaich v [2]. Na obr. 1 je zobrazen graf z této knihy, který ukazuje, že za jasných nocí poklesne teplota povrchu kontaktní omítky přibližně o 1 °C pod teplotu vzduchu. Zvolme za směrodatnou tu hodnotu absorpčního součinitele α atmosféry, pro níž je podle tab. 1 pokles teploty na rozhraní země vzduch roven 1 °C (viz tab. 1, sloupec 6), tedy α = 0,005 m-1.

Tab. 1: Optická propustnost atmosféry pro zemské tepelné záření, tepelné ztráty zemského povrchu sáláním, přechodový pokles teploty na povrchu a specifický radiační odpor atmosféry v závislosti na součiniteli absorpce atmosféry. Poměrné ztráty sáláním se vztahují celkovému ztrátovému toku energie od zemského povrchu ve výši 251,8 W/m2.

Podíl sálavých ztrát do 5 %

Díky velmi proměnlivému obsahu vodní páry v ovzduší se může odhadovaná hodnota součinitele absorpce přízemních vrstev troposféry lišit od skutečnosti. Např. v letním horkém dni po dešti s vlhkostí přes 40 000 ppmv (90 % rel. vlhkosti při 30 °C) může být naměřen mnohem větší absorpční součinitel. V následující citaci se sice neříká, jaká byla vlhkost vzduchu při měření, ale jde o exaktní měření se zajímavým výsledkem. Ve [3] se píše:

„ ... v experimentu bylo ukázáno, že tepelné záření od sálajícího povrchu země je skleníkovými plyny z plných 99 % pohlceno už v přízemní vrstvě vzduchu do výšky 25 m. Sebevětší zvýšení obsahu oxidu uhličitého v atmosféře už nemůže zvýšit pohltivost infračerveného záření o více než o jediné procento na maximálních 100 %."

Obr. 3: Moderní průmyslové technologie a stavby jsou k přírodě mnohem šetrnější, než pošetilé a umíněné zákroky politiků a úředníků do chodu světa, v nichž se za ochranou přírody ukrývají dílčí či osobní zájmy a pocit nadřazenosti nad přírodními zákony a potřebami „obyčejných“ lidí. Foto Thyssen - Krupp

Citovaný experiment ukazuje dokonce hodnotu α = 0,08 m-1.

Budeme-li se držet u „umírněnějších" odhadů součinitele absorpce atmosféry v mezích hodnot žlutě podbarvených řádků v tab. 1, pak podíl sálavé složky na celkových ztrátách tepla unikajícího od zemského povrchu bude ca 4 %. I tak velmi dramatické zvýšení obsahu CO2 a vodní páry v atmosféře povede jen ke skromnému, ale spíše ke zcela zanedbatelnému zvýšení globální teploty, protože se tím sníží již beztak malý sálavý příspěvek ke chlazení. Výjimkou by mohly být teploty na pólech.

Závěr

Přes intenzivní podporu myšlenky o globálním oteplování ze strany politiky a masmédií, které stále zatvrzeleji hrozí, že v důsledku průmyslových a zemědělských emisí skleníkových plynů a zejména oxidu uhličitého CO2 stoupne světová teplota o mnoho stupňů a hladina moří o mnoho decimetrů, se nic podobného nedaří prokázat. Podrobný pohled na problematiku globálního oteplování naopak ukazuje, že vyšší obsah skleníkových plynů na případný růst planetární teploty bude zanedbatelný.

(Přes uvedená tvrzení o vlivu CO2 na globální oteplování nepovažuje autor tohoto článku bezbřehé hromadění CO2 v ovzduší za vhodné ani nutné)

Přečtěte si zajímavý rozhovor Leoše Kyši na toto téma v článku Vědec: Klaus má s globálním oteplováním pravdu, který byl uveřejněn 4. 3. 2008 na serveru www.tyden.cz.

Literatura a zdroje:

[1] Hejhálek, J.: Šíření tepla skrze bílý a šedý pěnový polystyrén. Stavebnictví a interiér č. 1/2007, str. 20
[2] Blaich, Jürgen: Bauschäden. Analyse und Vermeidung. Vydala EMPA Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, CH-8600 Dübendorf 1999. Český překlad: Poruchy staveb, str. 50, Vydala Jaga group, v.o.s. Bratislava 2001.
[3] Chad A. Meserole a kol.: CO2 Absorption of IR Radiated by the Earth, Journal of Chemical Education, V. 74, No 3, March 1997.


Související odkazy:

1) Užívejme si tepla, dokud trvá
2) Zapomeňte na globální oteplování, možná přichází další malá doba ledová ... na globální ochlazování dnes nejsme připraveni ani psychicky ani energeticky. S touto variantou vůbec nepočítáme, globální ochlazení pro nás představuje něco na způsob sci-fi. Lidstvo přitom mělo v historii problémy právě s globálním ochlazováním, každé globální oteplování vítalo s otevřenou náručí. Teplo představovalo snadný život a úrodu, zima nesnáze, neúrodu, hladomory a války. Až na konci 20. století lidé obrátili na ruby své priority. (Čtěte více...)
3) Velký podvod s globálním oteplováním.
4) Korupce v Mezivládním panelu o změně klimatu.
5) Země G8 se shodly na omezování emisí a růstu globální teploty.
6) Obama věří v dohodu s rozvojovými státy ohledně klimatických změn.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Shutterstock