Globální oteplování, skleníkové plyny a obchod s nimi. Sdílení tepla mezi zemským povrchem, atmosférou a vesmírem.

Slunce ohřívá zemský povrch a od zahřátého povrchu sálá tepelné záření zpět do prostoru. Skleníkové plyny pohlcují zemské tepelné záření, tím se samy ohřívají a od nich se ohřívá atmosféra. Sdružení IPCC tvrdí, že kdyby člověk neznečistil ovzduší nadbytkem skleníkových plynů, sálalo by teplo od zemského povrchu přímo do vesmíru, aniž by ohřívalo atmosféru, a lidstvo by se dnes nemuselo potýkat s globálním oteplením.

Na základě toho je jako jeden z programů tzv. Kjótského protokolu připravován obchod s právy znečišťovat ovzduší skleníkovými plyny, který umožní velkým emitentům skleníkových plynů - zejména oxidu uhličitého CO₂ - zakoupit si možnost emitovat od těch, kteří atmosféru neznečišťují. Cílem je tržním způsobem snížit emise skleníkových plynů a vyhnout se globálnímu oteplení.

Nelze vyvrátit, že dochází v současné době k oteplování, nelze to ani potvrdit. Pokud však k němu opravdu dochází, lze při veškeré úctě k IPCC tvrdit, že tomu tak není kvůli průmyslovým emisím skleníkových plynů, zvláště CO₂. Obchod, jenž má tomuto oteplení zabránit, je založen na omylu, ne-li podvodu. Tím se nevylučuje, že přemíra skleníkových plynů v ovzduší, zvláště takových jako oxid siřičitý nebo oxidy dusíku, nemá jiné vedlejší účinky.

Skleníkové plyny nezvyšují teplotu na Zemi aneb nepochopení podstaty věci

Dnešní myšlení o změně klimatu říká, že tzv. skleníkové plyny, hlavně oxid uhličitý, oteplují planetu. Ukažme si, že skleníkové plyny oteplují planetu podobně jako jiné plyny v…

Dodejme, že IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) je vědecké sdružení pracující pod OSN, které formuluje pro politiky na mezinárodní scéně znalecké posudky o vlivu skleníkových plynů na globální oteplování. Někteří politici, zejména z Evropy, těmto posudkům věří a planou nadšením, že budou stát u zrodu nového celosvětového obchodu.

Fyzikální východiska teorií IPCC

IPCC říká, že tepelné záření, které sálá od sluncem zahřátého povrchu Země, by mohlo ve významné míře unikat přímo do vesmíru, nebýt toho, že nadbytek CO₂ vypouštěný do ovzduší průmyslem a dopravou tomu brání. Nadbytek CO₂ pohltí podle IPCC tu část zemského tepelného záření, která by jinak unikala do vesmíru a úměrně tomuto úniku ochlazovala planetu.

Zásadní omyl této úvahy nespočívá ve špatné logice, ale v počátečních předpokladech. Blíže jsme o tom pojednali v [1], [2] a [3]:

1. Pozemské tepelné záření je dokonale pohlcováno už ve velmi tenké vrstvě atmosféry o tloušťce nejvýš pár desítek metrů nad povrchem a v žádném případě nemůže přímo unikat do vesmíru. Bylo tomu tak i před tzv. průmyslovou revolucí, kdy byl obsah CO₂ v ovzduší nižší.

2. Skleníkové chování atmosféry není určeno ani obsahem CO₂, ani oxidy dusíku, oxidem siřičitým ani methanem, které jsou ve vzduchu zastoupeny ve stopovém množství. Je určeno vodní párou, která je ve vzduchu přítomna v padesátinásobném i větším množství a jejíž molekuly navíc pohlcují tepelné záření více než molekuly obávaného CO₂. Nelze přehlížet, že 2/3 povrchu naší planety tvoří vodní plocha, v jejíž těsné blízkosti dosahuje relativní vlhkost vzduchu 100 %. Při teplotě 30 °C, což je běžná letní teplota i v mírném pásmu, to odpovídá objemovému podílu 4,2 % vodní páry ve vzduchu (42 300 ppmv). Při teplotě -25 °C je ve vzduchu maximálně už jen 0,06 % páry (630 ppmv). Dnešní obsah CO₂ ve vzduchu je 360 ppmv (1 ppmv je jedna objemová miliontina).

3. Ohřátý povrch se nezbavuje tepla jen sáláním, ale také mu teplo odnímá proudící vzduch - a to v rozhodující míře. Stavařům je tento princip znám. Špatně utěsněnými okny i málo izolovaným zdivem může přecházet z vnitřku budovy ven obrovské množství tepla, které se zvyšuje s rostoucí rychlostí větru. U tohoto mechanismu sdílení tepla mezi zemí a atmosférou se zastavíme.

Téma: Globální oteplování

Výměna tepla mezi zemí a vzduchem konvekcí

Ve výkladech teorií IPCC na internetu i v časopisech se na proudění vzduchu zapomíná. V tab. 1 je ukázáno, že vzduch (vítr) odebírá zemskému povrchu velké množství tepla i v případě, že jeho je teplota jen o velmi málo nižší. Při vysokých rychlostech větru je přenos tepla od sluncem zahřáté země do ovzduší až několikanásobně vyšší, než je bilance sálavé výměny tepla mezi oběma prostředími (vzduch nad zemským povrchem je nutné také chápat jako tepelný zářič). Už při rychlosti větru 10 m/s a teplotě 10 oC je přestup tepla od zemského povrchu zahřátého na 20 oC do ovzduší dokonce větší než by tento povrch sálal do volného vesmíru.

Princip ochlazování zahřátých povrchů ovíváním zná příroda i lidstvo odpradávna. Díky němu se teplota země a přilehlé vrstvy atmosféry drží přibližně na stejné teplotě. Výjimkou jsou případy, kdy je zemský povrch za jasného počasí intenzívně ohříván sluncem. Při zatažené obloze, večer a v noci, se teploty vzduchu a povrchu země vyrovnají. Případy, kdy za jasných bezvětrných nocí klesne teplota ploch obrácených k nebi – např. střech domů, automobilů apod. - pod teplotu vzduchu, představují pokles jen okolo 1 °C. Jsou způsobeny tepelným vyzařováním z těchto povrchů a již při mírném větru mizejí (podle tab. 1 by tento jev zmizel už při rychlosti větru 1 m/s - viz srovnání s posledním sloupcem tabulky »sálání«).

Je zřejmé, že sálání není jediný ani nejdůležitější způsob ochlazování zemského povrchu a že nelze zanedbat přestup tepla do atmosféry vedením a prouděním. Vzniká však otázka, co když by přece jen část tepelného zemského záření přímo unikala do vesmíru, nebo alespoň do vyšších vrstev atmosféry, nebýt přebytků CO₂ ve vzduchu? Toto záření by pak nemohlo předat energii (= teplo) přízemní vrstvě vzduchu a ten by nemohl zpětně ohřívat zemský povrch. Zemský povrch by tak rychleji chladl a nehrozilo by globální oteplení.

K velmi zajímavému závěru došel výzkumný tým University Pittsburgh v experimentu [5], který zjišťoval účinnost absorpce zemského tepelného záření atmosférickým oxidem uhličitým. Výsledek experimentu je shrnut slovy: „Jestliže tepelné sálání zemského povrchu je jediným důležitým zdrojem infračerveného záření, potom očekávaný růst hladiny CO₂ v ovzduší by byl pro skleníkový efekt bez významu, protože 99 % tohoto IČ záření je absorbováno už v nejnižších vrstvách atmosféry do 25 m od povrchu.“

Zemské tepelné záření vzduchem neprochází

Dovolím si tvrdit, že citovaný závěr z experimentu je ve shodě s naší každodenní zkušeností:

1. Kdyby v atmosféře nebyly vůbec žádné plyny, které by interagovaly se zemským tepelným zářením, rozhostil by se po západu slunce všude nepříjemný mrazivý chlad. Povrch země by hřál, ale teplota vzduchu rychle klesala. Únik prostorové teploty by byl podobný úniku světla z žárovky po jejím zhasnutí. Teploty zemského povrchu by se velmi lišily od teploty vzduchu - snad s výjimkou případů, když by silně foukal vítr. To nikdo nepozoruje.

2. Kdyby příroda »nastavila« obsah skleníkových plynů v ovzduší tak, aby část zemského tepelného záření unikala do vyšších vrstev atmosféry a do vesmíru a zbytek byl atmosférou pohlcen, byla by to pro pozemšťana vlastně totožná situace s případem 1; ze svého pohledu by si nevšiml, že atmosféra nějaké tepelné záření pohlcuje.

3. Zbývá třetí možnost: příroda dospěla k takovému složení vzduchu, že už jeho tenká vrstva žádné tepelné záření nepropustí. Tím zajistila, že teplo nesálá do vesmíru ve stylu zmizení světla ze zhasnuté žárovky. Interakcí záření s molekulami skleníkových plynů, hlavně s H2O, dochází k ohřívání vzduchu. Teplý vzduch stoupá a předává teplo do okolí, teplotní rozdíly vyvolají proudění vzduchu, vítr. Proces unikání tepla do vesmíru se významně zpomalí, neboť je určen pouze intenzitou vyzařování vysokých vrstev atmosféry sousedících s kosmem. Výsledkem je zvýšená tepelně akumulační schopnost atmosféry, která je relativně málo závislá na větru, dešti atp.

Shrnuto, globální teplota nebude vcelku záležet na tom, jestli se o několik desítek ppmv zvýší obsah CO₂ v ovzduší, nebo naopak sníží. I když růst CO₂ ve vzduchu může vyvolat některé problémy, globální oteplení - jestli opravdu hrozí - nemá na svědomí.

Téma: Globální oteplování

Zdroje a literatura:
[1] Hejhálek, Jiří: Emise CO₂ a globální oteplování. Stavebnictví a interiér č. 8/2003, str. 36.
[2] Hejhálek, Jiří: Obchod s emisemi CO₂: Nutnost nebo hloupost?. Stavebnictví a interiér č. 10/2003, str. 36.
[3] Hejhálek, Jiří: Pravdy a nepravdy o CO₂. Stavebnictví a interiér č. 11/2003, str. 34. Vega 2003
[4] Smolík, J. a kol.: Technika prostředí. 1. vydání, SNTL, Praha 1985
[5] Chad A. Meserole a kol.: CO₂ Absorption of IR Radiated by the Earth, Journal of Chemical Education, V. 74, No 3, March 1997