Albedo Ziemi. Czynniki, które mają największy wpływ na pochłanianie promieniowania, a więc na temperaturę na Ziemi

Albedo powierzchni szacowane w czasach, gdy tworzono teorię CO2-centryczną globalnego ocieplenia, znacznie odbiegały od rzeczywistości, w szczególności zaniżane było albedo zieleni.

Jacek Musiał, Karol Musiał

Kiedy na początku ubiegłego stulecia szacowano bilans energetyczny Ziemi, przyjęto pewne współczynniki. Jednym z nich jest właśnie albedo planetarne na poziomie 30%. Planetarne oznacza – Ziemi widzianej jako planeta z daleka – z kosmosu.

Po drodze do powierzchni Ziemi promieniowanie elektromagnetyczne Słońca ulega odbiciu od atmosfery, rozproszeniu w niej, odbiciu od chmur. Udział albedo powierzchniowego w wyżej wymienionych 30% stanowi w przybliżeniu zaledwie 1/5. Zamierzano wtedy opisać albedo różnych powierzchni.

Względnie wiarygodne przyrządy służące do pomiaru albedo – albedomierze – zaczęły powstawać dopiero w II połowie ubiegłego wieku. Do tego czasu dostępna za to była fotografia czarno-biała (monochromatyczna), w której poziom szarości wydawał się odpowiadać natężeniu promieniowania trafiającego przez obiektyw aparatu na kliszę (błonę) fotograficzną.

Ilość tego promieniowania miała być zależna od jasności fotografowanego obiektu, czyli od jego zdolności do odbijania światła. Po latach okazało się jednak, że oszacowane wówczas w ten sposób wartości albedo znacznie odbiegają od rzeczywistości.

Przede wszystkim produkowane emulsje światłoczułe (materiały panchromatyczne), używane do produkcji negatywów, były prawie niewrażliwe na barwę zieloną. Negatyw w miejscach zielonych przedmiotów pozostawał niedoświetlony, pozytyw zaś przedstawiał obraz zieleni jako najczarniejszych elementów zdjęcia, czarniejszych od asfaltu i papy dachów. Ludzie się do tego przyzwyczaili, radość rozpoznawania obiektów na fotografiach niwelowała wady, że pewne jej elementy były rozpoznawane według kształtów, a nie poziomu szarości. (…)

Jednym z chwytów wykorzystywanych przez głosicieli teorii CO2-centrycznej jest informowanie o topniejących masowo lodach Antarktydy, Arktyki i Grenlandii, zestawiając tę informację z mapami. Robi to wrażenie, gdyż na mapach przedstawione obszary lodowe wydają się ogromne. Przykładowo – Grenlandia leżąca blisko bieguna północnego na siatce geograficznej walcowej, wizualnie wydaje się być wielkości Afryki. W rzeczywistości ich powierzchnie są dużo mniejsze, gdyż złudzenie wynika z rozwinięcia – przekształcenia powierzchni kulistej na prostokątny arkusz mapy, co znacznie powiększa obszary znajdujące się na globusie w okolicach podbiegunowych.

A w dodatku od stosunkowo niedawna wiadomo, że śnieg i lód, o ile dobrze odbijają i źle przepuszczają promieniowanie widzialne, to mają one zupełnie inne właściwości fizyczne wobec podczerwieni, czyli energii niewidzialnej dla ludzkiego oka, które stanowi ponad 50% energii słonecznej przy powierzchni Ziemi, a na biegunach jeszcze więcej.

Nic więc dziwnego, że ostatnio naukowcy nie nagłaśniają już antropogenicznego zanieczyszczenia śniegu i lodu w Arktyce jako tak istotnego czynnika ich topnienia, jak wcześniej sądzono. (…)

Promieniowanie słoneczne padające prawie prostopadle na powierzchnię oceanów w okolicach równika jest bardzo dobrze pochłaniane – albedo wody jest wtedy małe. Obserwowane odbicie własnej twarzy w spokojnej wodzie jest mało wyraźne, z uwagi na to, że wiązka światła odbitego pada prawie prostopadle do obserwatora. Odbicie drugiego człowieka, stojącego nad wodą trochę dalej, jest już wyraźne. (…)

Jasność odbić tych obiektów w wodzie wydaje się być równa jasności samych obiektów, co wynika głównie z faktu dużego albedo wody wobec światła padającego pod kątem. Jeśli promieniowanie słoneczne pada prostopadle do nieruchomej wody, albedo wody jest rzędu 1% i pochłonięciu przez wodę ulegnie blisko 100% światła. Odbicie promieni słonecznych narasta wraz z kątem określającym wysokość Słońca nad horyzontem. (…)

Już w okolicy koła podbiegunowego wartość albedo wzrasta do ok 10% i dalej gwałtownie narasta w kierunku bieguna do 90%, co oznacza, że tam już odbiciu ulega 90% padającego światła. Duże albedo wody dotyczy zatem szczególnie obszarów o większych szerokościach geograficznych, ale także wszystkich innych, nawet okołorównikowych, jeśli nie są akurat pod Słońcem w zenicie.

Zmienność albedo wody jest niezwykle ważnym czynnikiem uzależniającym pochłanianie energii słonecznej przez wodę. W przypadku oceanów czynnikiem niwelującym skrajne wartości albedo są fale morskie. Pofalowanie w okolicach okołorównikowych zwiększa albedo tych okolic oceanu, zaś fale w okolicach podbiegunowych zmniejszają tamtejsze albedo. Biorąc pod uwagę dramatyczny wpływ kąta padania na albedo wody oraz jego zależność od długości fali, błędne są wczesne kalkulacje bilansu energetycznego Ziemi dokonane przez radzieckich uczonych Budykę i Kondratiewa, a już całkowicie nieuprawnione czynią prezentacje science-fiction Ala Gore’a głoszone w czasach, gdy opisane powyżej zjawiska były już znane.

W artykule Spowiedź naukowca, opublikowanym w maju 2019 r., wspomnieliśmy, że Kondratiew świetny fizyk – naukowiec, zasłużony dla rozwoju nauk związanych z fizyką atmosfery, niezbędnych dla techniki wojskowej ZSRR, w 2011 roku publicznie wycofał się z wcześniej szeroko lansowanej przez niego tezy CO2-centrycznej, dzięki której zrobił międzynarodową karierę (w dziedzinie wojskowej było to niemożliwe).

Natężenie promieniowania na Ziemi zależy od szerokości geograficznej, co wynika z trygonometrii i jest oczywistym, podstawowym czynnikiem, który determinuje klimat na danej szerokości geograficznej. Zsumowane obydwa czynniki powodują, że pochłanianie energii słonecznej odbywa się przede wszystkim w niskich szerokościach geograficznych – bliższych równikowi.

Zatem minimalna nawet zmiana albedo dokonywana antropogenicznie w tych rejonach powierzchni Ziemi: urbanizacja, budowa dróg, a jeszcze wydatniej mechaniczna uprawa roli z nawadnianiem – mają największy wpływ na absorpcję promieniowania słonecznego i najprawdopodobniej to właśnie one odpowiadają za zaobserwowane globalne ocieplenie.

Cały artykuł Jacka Musiała i Karola Musiała pt. „Hipoteza Poznań (II). Drogi, dachy i rolnictwo przyczyną globalnego ocieplenia?” znajduje się na s. 3 wrześniowego „Śląskiego Kuriera WNET” nr 75/2020.

 


  • Od lipca 2020 r. cena wydania papierowego „Kuriera WNET” wynosi 9 zł.
  • Ten numer „Kuriera WNET” można nabyć również w wersji elektronicznej (wydanie ogólnopolskie, śląskie i wielkopolskie wspólnie) w cenie 7,9 zł pod adresem: e-kiosk.pl, egazety.pl lub nexto.pl.
  • Czytelnicy gazety za granicą mogą zapłacić za nią PayPalem lub kartą kredytową na serwisie gumroad.com.
  • Prenumerata 12-miesięczna wersji elektronicznej: 87,8 zł.
  • Wydania archiwalne „Kuriera WNET” udostępniamy gratis na www.issuu.com/radiownet.
Artykuł Jacka Musiała i Karola Musiała pt. „Hipoteza Poznań (II). Drogi, dachy i rolnictwo przyczyną globalnego ocieplenia?” na s. 3 wrześniowego „Śląskiego Kuriera WNET” nr 75/2020

Dofinansowany ze środków Ministra Kultury i Dziedzictwa Narodowego

Głos w dyskusji o antropogenicznych przyczynach globalnego ocieplenia. Czy winne są drogi, dachy i rolnictwo?

W XX w. zaobserwowano średni wzrost temperatury przyziemnej warstwy troposfery o nieco ponad 0,5°C. Od 40 lat ścierają się ze sobą zwolennicy hipotezy antropogenicznej i naturalnej tego zjawiska.

Jacek Musiał, Karol Musiał

We wcześniejszych artykułach w „Kurierze WNET” wykazaliśmy, o ile bardziej prawdopodobny jest wzrost globalnej temperatury pochodzący od spalania węglowodorów, w szczególności gazu ziemnego i ropy naftowej, aniżeli węgla jako paliwa stałego. Kolejną z wielu jest zaprezentowana poniżej hipoteza antropogenicznej zmiany powierzchni Ziemi w sposób powodujący większą absorpcję energii cieplnej. (…)

Kiedy na początku ubiegłego wieku naukowcy próbowali oszacować bilans energetyczny Ziemi, potrzebna im była znajomość współczynników, z jakimi Ziemia odbija promieniowanie słoneczne. Każda planeta to promieniowanie odbija w małym lub dużym stopniu.

Zdolność odbijania promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym przekłada się na obserwowaną jasność planety. Ten właśnie współczynnik otrzymał nazwę albedo. Generalnie przez pojęcie ‘albedo’ rozumie się „białość” powierzchni – jej zdolność do odbijania padającego nań promieniowania elektromagnetycznego.

Albedo wyraża się jako stosunek mocy odbitego we wszystkich kierunkach promieniowania elektromagnetycznego do mocy promieniowania padającego na daną powierzchnię. Wyrażane może być w procentach. Im większa zdolność do odbijania, tym większą wartość ma albedo. W astronomii zwykle rozważa się albedo całego ciała niebieskiego. Rozróżnia się albedo geometryczne i albedo Bonda; ich wartości liczbowe się nie pokrywają. Przykładowe wartości albedo Bonda (w zakresie widzialnym) wynoszą: dla Ziemi – 37%, Marsa – 16%, Wenus – 60%, Księżyca – 7%.

Drogi

(…) Przyjmując średnią szerokość drogi z poboczem na poziomie 8 m, okaże się, że powierzchnia całkowita dróg na świecie jest rzędu 0,8 mln km2. Nie wiemy, czy autor uwzględnił powierzchnie lotnisk, parkingów i innych utwardzonych powierzchni.

Wolfram Alpha Computational Intelligence – jedno ze źródeł, które biorą pod uwagę tylko drogi utwardzone – ocenia ich długość na 33 mln km. Lecz należałoby pewnie przyjąć większą średnią szerokość takich dróg. Jest prawdopodobne, że stanowią one faktycznie tylko 1/3 wszystkich dróg na świecie. Przy powierzchni lądów 150 mln km2, wszystkie drogi zajmują 0,5% powierzchni lądów.

Zdecydowana większość dróg utwardzonych na świecie ma nawierzchnię bitumiczną (Garbacz M., Projektowanie dróg. Drogi betonowe czy asfaltowe, 2020). Drugim rodzajem nawierzchni jest beton (ciemne odmiany lub z pigmentami). Kolejne, dominujące w przeszłości, to drogi brukowane z bazaltu i innych skał magmowych. Drogi pierwotnie jasne stają się wkrótce ciemniejsze z uwagi na przechodzenie do nich drobin czarnego kauczuku z sadzą z opon samochodowych albo po prostu z powodu zwykłego brudu. Z kolei najczarniejsze drogi asfaltowe, o początkowym albedo niezwykle niskim – 4% – stają się jaśniejsze, by po latach eksploatacji dojść nawet do 12%. Jeśli przyjmiemy, że infrastruktura drogowa zmieniła pierwotne albedo tylko o połowę, to by znaczyło, że drogi zmieniły albedo lądów o 0,25%.

Dachy

(…) Drogi w obszarach zurbanizowanych zwykle już są wliczane w powierzchnię terenu zurbanizowanego. Dane dotyczące terenów zurbanizowanych określają ich powierzchnię liczbami oscylującymi od 0,38% do 3% powierzchni lądów. (…) Przyjmiemy ostrożnie powierzchnię dachów jako 0,7% powierzchni lądów.

Większość budynków ma ciemne pokrycie, głównie ciemne bitumiczne, w postaci papy lub płyt. Zmienia ono albedo powierzchni o połowę wobec pierwotnego, czyli w skali powierzchni wszystkich lądów o około 0,35% wobec powierzchni pierwotnej przed ingerencją ludzką.

Razem ze zmianą albedo wynikającą z dróg, będzie to już 0,6%. Niepewność tych szacunków jest duża; jeśli sięga 50%, to zmiana albedo spowodowana zbudowaniem dróg i pokryciem dachów mieściłaby się w przedziale 0,3 do 1,2%.

Uprawa roli

Grunty orne zajmują 11% powierzchni lądów (…). Ta gałąź rolnictwa, która obejmuje uprawy typu orka, gryzowanie, kultywowanie, bronowanie itp., zajęła gleby wcześniej porośnięte lasami, preriami, sawanną, nawet tereny pustynne po ich nawodnieniu. Sezon wegetacyjny trwa różnie długo; przez resztę roku gleba pozostaje bez ochronnej warstwy roślinnej i bez warstwy wiążącej węgiel z atmosfery. W strefach chłodniejszych okres wegetacji zajmuje jeden sezon rocznie, w cieplejszych strefach – dwa. W międzyczasie glebę poddaje się kilku obróbkom mechanicznym, które utrzymują ją w stanie powierzchni rozwiniętej do wielokrotności rozwinięcia pierwotnej gleby na tym terenie. ‘Rozwinięcie powierzchni’ (…) obejmuje pojęcia ‘struktury gleby’, ‘pulchności’, ‘porowatości’, ‘stopnia pokruszenia’, ‘gruzełkowatości gleby’, ‘gęstości objętościowej’, ‘powierzchni właściwej’, ‘napowietrzenia’. Takie zwiększenie powierzchni powoduje, że gleba absorbuje promieniowanie słoneczne w sposób zbliżony do ciała doskonale czarnego; nawet jeśli byłaby wizualnie biała na powierzchni – część światła grzęźnie w szczelinach rozwiniętej gleby.

Ekspansja rolnictwa spowodowała konieczność nawadniania pozyskiwanych ziem. Wykorzystywane do tego celu rzeki potrafią całe znikać, zanikają jeziora w Afryce i w Azji. (…)

Nawadnianie, rozwinięcie powierzchni, odsłonięcie gleb poza okresami wegetacji są wystarczającymi czynnikami, które mogły zmienić albedo 11% powierzchni lądów, czyli 16,5 mln km2, przynajmniej o 1/4.

Suma antropogenicznej zmiany albedo

Albedo powierzchni Ziemi odpowiada tylko za część energii odbitej przez całą planetę. Największy udział w zmianie albedo powierzchniowego Ziemi ma rolnictwo. Suma antropogenicznej zmiany albedo powierzchniowego, spowodowanej przez budowę dróg, urbanizację i rolnictwo, jest zbliżona do wartości 3%. (…) Ostrożnie przez nas szacowana antropogeniczna zmiana albedo Ziemi tylko na poziomie 3% spowoduje zmianę w bilansie energetycznym lądów nie mniej niż 0,2%.

Cały artykuł Jacka i Karola Musiałów pt. „Hipoteza Poznań. Drogi, dachy i rolnictwo przyczyną globalnego ocieplenia?” znajduje się na s. 3 sierpniowego „Śląskiego Kuriera WNET” nr 74/2020.

 


  • Od lipca 2020 r. cena wydania papierowego „Kuriera WNET” wynosi 9 zł.
  • Ten numer „Kuriera WNET” można nabyć również w wersji elektronicznej (wydanie ogólnopolskie, śląskie i wielkopolskie wspólnie) w cenie 7,9 zł pod adresem: e-kiosk.pl, egazety.pl lub nexto.pl.
  • Czytelnicy gazety za granicą mogą zapłacić za nią PayPalem lub kartą kredytową na serwisie gumroad.com.
  • Prenumerata 12-miesięczna wersji elektronicznej: 87,8 zł.
  • Wydania archiwalne „Kuriera WNET” udostępniamy gratis na www.issuu.com/radiownet.
Artykuł Jacka i Karola Musiałów pt. „Hipoteza Poznań. Drogi, dachy i rolnictwo przyczyną globalnego ocieplenia?” na s. 3 sierpniowego „Śląskiego Kuriera WNET” nr 74/2020

Dofinansowany ze środków Ministra Kultury i Dziedzictwa Narodowego