ダミーのための気候変動:気候変動物理学の基礎|気候

気候変動を信じておらず、インターネット上で友好的な議論を始めたい人へようこそ!いっそのこと、気候変動の現象と、人間活動がどのように気候変動の発生に寄与しているかを十分に理解していない人、そしてもっと知りたいと思っている人を歓迎します.

そして何よりも、気候変動とそれを加速させている私たちの影響について真に懸念している人たちを歓迎します。この記事を Twitter、Facebook、LinkedIn などで共有して、友人、家族、知人に知らせたいと考えています。科学の基礎に基づいた最も単純な気候変動要素について.

あなたがどちらの陣営に属しているかに関係なく、この記事の目的は、人間の活動が加速する地球温暖化、つまり気候変動にどのように影響するかの基本に光を当てることです。特に物理学 (つまり、熱力学) に重点を置いています。

ここまでで、「温室効果ガス」という用語を聞いたことがあるでしょう。これらは、環境内に保持される熱を増加させる熱トラップメカニズムを実行するガスであることを理解しています.もちろん、この熱/熱エネルギーは、私たちが太陽と呼ぶ太陽系の中心にある核分裂/核融合炉のおかげです.

温室効果ガスの包括的なカテゴリに分類される最も一般的でよく知られているガスは、二酸化炭素 (CO₂ ) とメタン (CH₄ ）。どちらも、人間主導の活動や技術と非常に密接に関連しています。二酸化炭素は化石燃料に、メタンは畜産に結び付けられています。

これらのガスに関連する特定の特性は、私たちの環境で最も一般的なガス状化合物、つまり酸素 (O₂ ) は大気組成の約 21% を構成し、窒素 (N₂ ) は、地球の大気組成の約 78% を占めています。

気候変動と気候変動科学に関連して理解することが最も重要な特性は単純です。それは比熱の特性です。また、追加の熱を保持し、その熱エネルギーをより高い温度に変換するという温室効果ガス効果を促進する特性でもあります.

では、比熱とは何ですか?

よろしくお願いします。

比熱は、物質、元素、または化合物の温度を 1 度上げるのに必要な単位質量あたりの熱量として定義されます。通常、ケルビンまたは摂氏で測定されます。 *ケルビン 1 度のデルタ (または差) は、摂氏 1 度のデルタに相当することに注意してください。

これらの比熱は、現在の温度、大気圧など、多くの変数に応じて変化します。

簡単にするために、最初に、1 ATM (大気圧) と 80 °F (摂氏 26.67 度) の温度で、これらすべてのガスのさまざまな比熱を調べます。これは、今日のテキサス州オースティンと都合よく同じ温度です。 … 11 月に。

比熱のすべての測定値は、kj/(kg*K) またはキロジュール/キログラムケルビンです。 (キロジュールはエネルギーの単位、キログラムは質量の単位、ケルビンは温度の単位)

酸素:0.918
窒素:1.040
二酸化炭素:0.846
メタン:2.26

この温度では、単位質量あたり摂氏 1 度 (または 1.7 °F) の温度上昇に二酸化炭素が必要とする熱エネルギーは、酸素よりも 7.84% 少なくなります。同じシナリオで、二酸化炭素が摂氏 1 度 (または 1.7 °F) 温度を上げるのに必要な熱エネルギーは、窒素よりも 18.65% 少なくなります。

これを見る別の方法。二酸化炭素は、酸素や窒素と比較して、同じ量の熱エネルギーの下で温度を上昇させるのがはるかに簡単です.

気候変動のもう 1 つの要素は、大気の熱保持です。つまり、あるガスの温度を他のガスと比較して下げるには、どれだけ多くの負のエネルギーが必要かということです。

この点で、メタンは、酸素や窒素と比較して、一度加熱すると冷却するのがはるかに難しいガスです.

上記の比熱を使用すると、メタンは酸素と比較して摂氏を 1 度下げるのに 2.46 倍の量の負の熱エネルギーを必要とし、窒素と比較して摂氏を 1 度下げるには 2.17 倍の負の熱エネルギーを必要とすることが観察されています。

一般的で論理的な反論

この情報を提示されると、懐疑論者は本質的にこれらの見方をひっくり返し、二酸化炭素は摂氏 1 度冷却するのが簡単で、メタンは温度を上げるのが X% 難しいと言い、それで心配する必要はありません。技術的には真実ですが、太陽系の核分裂/核融合炉のおかげで、地球は常に一定の熱/熱エネルギーの下にあることを覚えておくことが最も重要です.上記の逆の状況は、世界中で頻繁に発生したり、同じ強度で発生したりすることはありません。したがって、反論は、一見論理的に見えますが、無効です。

これらの比熱のもう 1 つの興味深い特徴は、温度範囲にわたる安定性の概念、または存在する温度に基づく比熱の変動です。これは、気候変動と大気特性にも影響を与えます。

記事の冒頭で述べたように、これらの比熱は温度に応じて変化します。これは、ガスの温度を摂氏 1 度上昇させるのに必要な熱エネルギー量の関係に影響を与えます。

現在の温度の違いが、これらのガスの比熱にどのように影響するかを調べてみましょう。

参考までに、地球上で発生した極端な温度の範囲にわたって比熱を測定します。最低気温は華氏マイナス 99.4 度、最高気温は華氏 126 度です。
*地球上で記録された最低気温は華氏マイナス 128.6 度でした。 1983 年の南極大陸。現在までに記録され確認された地球上の最高気温は 129°F で、2016 年にクウェートで測定されました。

最初のグラフはほとんど変化していないように見えるかもしれませんが、2 番目のグラフは実際の変化を示しています。

この 2 番目のグラフは、-99.4 °F での各ガスの比熱と比較した、温度間の比熱の変化率を測定します。

ご覧のとおり、温度範囲でのパーセンテージ変化に基づく違いは、はるかに簡単に区別できます。温度スペクトル全体で、これらのガスの比熱の安定性/一貫性に大きなばらつきがあることを示しています。

所見

窒素の比熱は、地球上に存在する温度スペクトル全体で非常に安定しており、-99.4 °F と 126 °F で観測した場合、わずか 0.096% しか変化しません
酸素の比熱は、地球上に存在する温度スペクトル全体で非常に安定しており、-99.4 °F と 126 °F で観測した場合、わずか 1.4% しか変化しません
メタンと二酸化炭素の両方の比熱は、地球上に存在する温度スペクトル全体で劇的に変化し、-99.4 °F と 126 °F から観測した場合、それぞれ ~9.8% と ~18.5% 変化します

(これらは、これらのグラフを作成するために使用されるデータポイントです)

	窒素	酸素	メタン	二酸化炭素
-99.4 °F	1.039	0.91	2.087	0.735
– 55.4 °F	1.039	0.911	2.121	0.763
– 9.4 °F	1.039	0.913	2.156	0.791
35.6 °F	1.039	0.915	2.191	0.819
80.6 °F	1.04	0.918	2.226	0.846
126 °F	1.04	0.923	2.293	0.871

*出典:Engineeringtoolbox.com のさまざまなリソースから編集

重要ポイント/リマインダー

地球は常に熱源 (太陽) の下にあります。
二酸化炭素は、温度上昇に必要な正の熱エネルギーが大幅に少なくなります。
メタンは、加熱されると温度を下げるために、はるかに多くの負の熱エネルギーを必要とします。
地球の現在の温度範囲の最も高い温度でも、二酸化炭素が摂氏 1 度上昇するのに必要な熱エネルギーは酸素よりも 5.6% 少なく、摂氏 1 度上昇するのに必要な熱エネルギーは窒素よりも 16.25% 少なくなります。
メタンガスが熱くなるほど、温度を下げるために必要な負の熱エネルギーが大きくなります。
化石燃料や畜産から大量/規模で大気中に二酸化炭素とメタンが大量に放出されることで、大気の比熱安定性が崩壊し、人間が優勢な認知種に進化する気候範囲を可能にしました。

つまり、気候変動が存在し、それに人為的活動が影響を与えているということです。これらのガスの比熱の違いを理解することは、人類が気候変動に与える影響を理解するための基礎となります。また、これらのガスが人間主導の活動によって放出される規模も理解する必要があります。これについては、今後の記事で取り上げる予定です。

上記は熱力学を消化可能な部分に単純化していますが、これらのガスの継続的な放出が大気に影響を与えていることは明らかです.上記の基本的で、検証された、再現可能な科学的観察と真実の否定は、事実を事実として受け入れることを拒否していることを示しています.

読んでくれてありがとう!

これは役に立ちましたか?意味がありますか?このテーマについて、以前より理解が深まりましたか?明確にするのに有益な説明のギャップはありますか?科学的基礎と、人々がどのように気候変動を引き起こしているかを説明する能力に、今でも激しく反対していますか?

コメントでご意見をお聞かせください。

ここで共有された洞察が価値があり、何か新しいことを学んだことがわかった場合は、友人や同僚と共有することを検討してください。前進する唯一の方法は、知識を共有して、世界における私たちの負の影響に適切に対処し、世代を超えた前向きな遺産への道を開くことです.

——————————————————————————————————
Matthew A. Gallagher は LSU の著者です。卒業生であり、フルタイムのデジタルビジネスアドバイザー

彼の最初の著書「The Influence of Man」では、ガスの生成と関連する熱特性に基づいて、人工の気候変動要因を分析するためのフレームワークを紹介しています。彼は、気候変動科学と基本的な数学的分析における彼の研究により、2018 年のフォーブス 30 アンダー 30 の科学部門にノミネートされました。これらは両方とも「人間の影響」で紹介されています。

参考文献:

比熱の定義:http://www.dictionary.com/browse/specific-heat
地球の大気組成:https://www.space.com/17683-earth-atmosphere.html
酸素の比熱チャート https://www.engineeringtoolbox.com/oxygen-d_978.html
窒素の比熱チャート https://www.engineeringtoolbox.com/nitrogen-d_977.html
二酸化炭素の比熱チャート https://www.engineeringtoolbox.com/carbon-dioxide-d_974.html
メタンの比熱チャート https://www.engineeringtoolbox.com/metane-d_980.html