Fråga:
I vilken utsträckning orsakar (konstgjorda) värmeproducenter från interna källor i jordens system klimatförändringar?
deflator
2019-02-08 03:19:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Så jag är väldigt långt ifrån klimatforskare men jag har alltid undrat varför inte saker som elektriska värmare, glödlampor osv. bidrar till klimatförändringarna eller till och med saker som det snabba förfallet av radioaktiva material - faktorer som orsakats av människor. Jag är ganska säker på att det beror på att jämvikten är mycket stabil mot relativt små faktorer som vi människor bidrar med och det helt enkelt kan stråla bort i rymden, men jag har ärligt talat ingen aning.

En enkel beräkning som jag gjorde just nu efter att ha tänkt på det mer ingående uttryckte det så här: Om varje människa hade 100x100W lysrör (5% effektivitet) vardera och skulle lämna dem på i ett år. Jag känner detta kanske en överskridning med några storleksordningar men mitt mål är att ta hänsyn till andra värmekällor som tar genomsnittet över människans genomsnitt Vi skulle ha effekt som värme: $$ E_ {heat} = 0,95 * 100 * 100 * (60 * 60 * 24 * 365) * (7,5 * 10 ^ 9) = 2,2 * 10 ^ {21} J år ^ {- 1} $$ Då med kanske en för enkel $ E = mc \ Delta T $ ekvation

Atmosfären har en massa av $ 5,15 × 10 ^ {18} $ kg (Wikipedia)

luftens specifika värmekapacitet:

SHC of air 0.716 https://www.ohio.edu/mechanical/thermo/property_tables/air/air_cp_cv.html

$$ E_ {heat} = M c \ Delta T $$

$$ 2.2 * 10 ^ {21} = 5,15 × 10 ^ {18} * 716 * \ Delta T $$ $$ = > \ Delta T = 0.6K / år $$

Liten mängd för vad jag tycker är fortfarande en grov överskattning av 100x 100W glödlampor per person som en intern energiproduktion, men varför är inte detta en faktor, särskilt när världen blir mer energihungrig?Är det "värme-neutralt", tycker jag att det är svårt att föreställa mig att något som en vindkraftverk som alstrar el skulle minska värmeenergin i luften mer än en elektrisk värmare som stängs av.Och varför stora kärnkraftkällor som mänskligt accelererar inte spelar någon större effekt.

Fyra svar:
BowlOfRed
2019-02-08 06:19:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Den involverade kraften representerar inte en betydande del av den totala energibudgeten, så den kan normalt ignoreras.Om vi antar (per Wikipedia solenergi) att den energi som mottas på jorden från solen är ungefär $ 3 \ gånger 10 ^ {24} \ text {J / år}$ och den totala energiproduktionen på jorden är (per energiförbrukning) ungefär $ 6 \ gånger 10 ^ {20} \ text {J / år}$ , världsomspännande energiproduktion skulle representera ett värde på 0,02 av en procent - se detta diagram.

Det finns enormt mycket fudge där.Värdet representerar verkligen energiförbrukningen, så produktionens värmeeffekt blir större.Samtidigt räknas produktion från vatten / sol / vind när de inte producerar extra värme (eftersom det redan räknas i solsiffran).Men siffrorna skulle behöva en 50x boost för att ens nå en 1 i diagrammet.

The Earth-Atmosphere Energy Balance

Vilka är enheterna på den bilden?(Tyvärr, jag har just markerat och det hoppade ut)
@ChrisH Jag tror att siffrorna uttrycks som procentandelar av den totala solstrålningen, så för ett tal $ n $ på bilden är motsvarande energiflöde $ (3 \ gånger 10 ^ {24}) \ frac {n} {100} $ J / år.
@probably_someone 100 föreslår att jag håller med.De 116 som släpptes ut från ytan verkade höga i jämförelse men det mesta cirkulerar i jordsystemet och hur som helst skulle det behöva något konstigt för att det skulle representera något annat än lite mer än inkommande sol.
@probably_someone: Var kommer $ 3 * 10 ^ {24} \ mathrm {J / a} $ ifrån?Om vi antar $ 1360 \ mathrm {W / m²} $ solkonstant och $ 6370 \ mathrm {km} $ Jordradie kan du beräkna den totala solstrålningen till ~ $ 173,4 \ mathrm {PW} $ eller ~ $ 5,5 * 10 ^ {24} \mathrm {J / a} $.
@EricDuminil Rättvis.Jag använde bara figuren i det ursprungliga svaret.
> * "Den involverade makten representerar inte en betydande del av den totala energibudgeten, så den kan normalt ignoreras." * Detta är vilseledande.Den relativa betydelsen av effekten av den mänskliga genererade kraften för uppvärmningen av planeten * ges * inte av dess andel av solens nettoeffekt.Det mesta av solenergin strålas tillbaka till rymden och bidrar inte till global uppvärmning.Den aktuella effekten bör snarare jämföras med effekten av strålningstvingning på grund av $ \ text {CO} _2 $ utsläpp, vilket är mycket mindre än nettoabsorptionen av solenergi; för närvarande rapporterat värde runt 3W / m2 (se mitt svar).
Kanske bör detta ettåriga diagram multipliceras med miljarder år av planetens tidigare och beräknade framtida existens: Men eftersom den mänskliga faktorn skulle behöva justeras för att möjliggöra biologiska effekter på den mänskliga befolkningen - vilket kan påverkas mycketav sådana sjukdomar av tropiskt ursprung som den nyligen utvecklade zika - det är det motsatta av det resultat som verkligen skulle vara tidsskalan för oro här och skulle förmedla en lämplig känsla av brådska, när det gäller genealogisk överlevnad.Den verbala formuleringen av OP: s fråga är extremt olycklig.
Pieter
2019-02-08 04:32:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tvingningen på grund av CO $ _ 2 $ är mycket större. Till exempel är "business as usual" RCP8.5 (Representative Concentration Pathway) som ger 8,5 W / m $ ^ 2 $ extra värme på grund av växthusgaser i framtiden . Över hela jordytan är det $ 4,10 ^ {15} $ W eller $ 10 ^ {23} $ span> J / year.

Med den beräkningen med hjälp av värmekapacitet skulle det skapa en mycket snabb ökning av atmosfärstemperaturen år efter år. Det är inte rätt sätt att analysera effekterna av en extra tvingning. Istället bör man titta på steady state. För närvarande strålar jordytan cirka 400 W / m $ 2 $ . Ytterligare 8,5 W / m2 innebär en ökning med 2%. På grund av Stefan-Boltzmann $ T ^ 4 $ lagen skulle detta i stadigt tillstånd ge en 0,5% temperaturökning, cirka 1,5 grader. (Mycket rå back-of-the-kuvert-uppskattning)

Aktuell strålningstvingning på grund av ökande CO $ _2 $ och andra gaser rapporteras som cirka 3 W / m $ ^ 2 $, inte 8,5 W / m $ ^ 2 $.Om vi ska jämföra effekter, låt oss jämföra dem samtidigt.När kraften blir 8,5 W / m $ ^ 2 $, ökar också den globala energiförbrukningen.Jämförelsen säger nu att energiproduktionen har cirka 1% av strålningstvingningen av växthusgasutsläppen.
@JánLalinský För att inte tala om att tvånget är mycket sublinjärt med avseende på koldioxidandelen.Tänk, inte tillräckligt för att undvika de klimatförändringar vi står inför just nu;en fördubbling av koldioxid kommer fortfarande att behålla enorma mängder värme - fördubbla den igen, inte så mycket;men vid den tidpunkten är vi redan i allvarliga problem.
@Luaan Jag är inte säker på vad menar du - menar du effekten av koldioxidutsläpp kommer att minska i betydelse och effekten av energiproduktion kommer att öka i betydelse?
Ján Lalinský
2019-02-08 03:54:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

EDIT: se även det här svaret: https://earthscience.stackexchange.com/questions/3041/how-does-anthropogenic-heating-affect-global-warming

Nästan all hushållsförbrukning av elektrisk energi producerar motsvarande värme, och detta bidrar till att värma planeten, oavsett hur den elektriska energin producerades. Liknande är sant för många (förmodligen de flesta) industriella användningarna av elektrisk energi - det mesta försvinner till värme i atmosfären, havet och jordskorpan. Detta bidrar också till att värma planeten. (En del av denna energi - från förnybara källor - skulle värma planeten ändå, men 2019 är det en liten andel av den totala energiförbrukningen.)

Huruvida energiförbrukningens effekt på den globala uppvärmningen är betydande är inte uppenbart. SSkulle vi jämföra det med effekten av $ \ text {CO} _2 $ redan närvarande eller $ \ text {CO} _2 $ infördes under samma tid som energin förbrukades ?

Som @Acumulation påpekar korrekt är den tvingande effekten av energi som tillförs i systemet på ett år bara tillfällig, eftersom den ökade medeltemperaturen på grund av den inte kommer att förbli efter att energiförbrukningen har begränsats eftersom energi kan gå vilse av strålning. Å andra sidan är effekten av $ \ text {CO} _2 $ som läggs till i systemet mer långvarig, eftersom $ \ text {CO} _2 $ kan inte komma ut så lätt som överskottsenergin.

Så om vi ska göra denna jämförelse bör vi jämföra effekten av energiproduktion till effekten av netto $ \ text {CO} _2 $ redan i atmosfären.

Vi kan jämföra de två effekterna genom att jämföra deras bidrag till nettoenergin, de bidrar till en årlig energiökning i atmosfären, vilket manifesterar sig som ökande temperatur.

Ökning av $ \ text {CO} _2 $ i atmosfären med den aktuella hastigheten rapporteras ge cirka 3 W (2016 $ ^ * $ ) av kraft per kvadratmeter av jordens yta mer än i balanserat strålningsjämviktstillstånd, alltså $ 4,8 \ text {e} 22 ~ \ text {J } $ per år (detta antal ökar med tiden när koncentrationen av $ \ text {CO} _2 $ ökar). Å andra sidan uppskattas netto mänsklig energiproduktion per år (2015) vara $ 5,5 \ text {e} 20 ~ \ text {J} $ och denna energi så småningom slutar också värma upp planeten.

Jämförelse av de två siffrorna är mänsklig energiproduktion per år cirka 1% (kanske är det högre, ett värde på 1,7% ges av detta dokument endast för fossila bränslen: https: //agupubs.onlinelibrary.wiley .com / doi / full / 10.1002 / 2015GL063514) av energi som lagras i systemet på grund av föroreningar av växthusgaser, vilket inte är en väsentlig men ändå märkbar effekt. Med tiden kommer troligen energiproduktionens betydelse att öka något (om utsläppen $ \ text {CO} _2 $ blir lägre än de är idag och strålningstvingningen kommer att minska).

Minskad effekt av energiförbrukningen är mycket svår, särskilt i utvecklingsländer som spelar ikapp för de utvecklade länderna. Visst är det mycket lättare att övertyga människor att begränsa / sluta bränna kol och fossila bränslen och använda andra energikällor än att begränsa / sluta konsumera motsvarande energi i elektriska apparater.

$ ^ * $ https://en.wikipedia.org/wiki/Radiative_forcing

Detta är tyvärr inte korrekt.Den viktiga punkten för OP är att mänsklig energianvändning är helt liten jämfört med energin som kommer in / ut ur atmosfären, vilket förklaras av de andra svaren från BowlOfRed och Pieter.Effekten av mänsklig energiförbrukning är definitivt inte "betydande" jämfört med effekten av CO2.
@craq det är helt möjligt, jag hävdade inte att jag är säker.Har du någon referens för att stödja ditt påstående?
BowlOfRed ger fina länkar till Wikipedia som visar att solenergi är 3x10 ^ 24 och mänsklig energiförbrukning är 6x10 ^ 20 Joule per år.Det är en faktor på 5000 skillnad.
Det mesta av den absorberade solenergin raderas tillbaka till rymden, det är ingen mening att jämföra denna stora energi med energiförbrukningen som OP anser.Det vore vettigare att hitta årligt nettoöverskott från solenergi till atmosfären på grund av fortsatta utsläpp av CO $ _2 $ och jämföra * det * med energiförbrukningen.
Egentligen raderas ALLA absorberad solenergi tillbaka till rymden.Om det inte gjorde det skulle temperaturen ständigt öka ... Sättet CO2 fungerar är att ändra den utstrålade energin med en liten mängd.Pieter uppskattar att den extra koldioxidutsläppen i atmosfären nu jämfört med förindustriella tider gör att 2% mindre energi utstrålas.(Som han säger är det en grov uppskattning, men tillräckligt bra för nu.) Mänsklig energianvändning är 0,02% (1/5000).
Men temperaturen ökar ständigt, det är därför jag skrev "mest".Jag har ändrat mitt svar.
@JánLalinský I princip går all absorberad solenergi förlorad * så småningom, det som är viktigt är temperaturen där förstärkning och förlust avbryts (och i begränsad utsträckning vilken form energin tar innan den går förlorad).Var denna temperatur beror på ingången (som vi inte kan påverka från marken) och utgången (som vi kan påverka från marken, till exempel tillsats av CO2 minskar mängden infraröd strålning som släpper ut i förhållande till den mängd som släpps ut).
@Ian det som är viktigt är den faktiska förutspådda temperaturökningen, som * inte * antar energibalansen och med rätta, för det finns ingen i sikte - nätstrålningskraften är positiv och förväntas öka de följande åren.
"Nästan all hushållsförbrukning av elektrisk energi producerar ekvivalent värme, och detta bidrar till att värma planeten, oavsett hur den elektriska energin producerades."- När det gäller vattenelektrisk energi tas energin från vattenfallet som skulle producera värme om energin inte avleddes till el.Efter att den elektriska energin har använts omvandlas det mesta till värme, så nätvärmen som orsakas av en droppe i vatten verkar vara densamma.
@xxyzzy du har rätt, en viss energiförbrukning är neutral i den meningen att energi skulle värma jorden ändå.Det är dock en liten andel.Se https://www.zmescience.com/ecology/climate/how-much-renewable-energy/
Acccumulation
2019-02-09 01:18:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Effekt som värme: Värme = 0,95 ∗ 100 ∗ 100 ∗ (60 ∗ 60 ∗ 24 ∗ 365) ∗ (7,5 ∗ 109) = 2,2 ∗ 1021 År − 1

Förmodligen hänvisar 0,95 till att glödlampan är 5% effektiv. Det är dock felaktigt resonemang. Effektivitet avser inte hur mycket som förvandlas till användbart arbete istället för att förvandlas till värme, det är hur mycket som förvandlas till användbart arbete innan omvandlas till värme. Om en ljuskälla producerar 95 W värme och 5 W ljus absorberas det ljuset så småningom av något, och det kommer då att värmas upp något. Så all energin i glödlampan blir så småningom värme. Ganska mycket varje användning av energi förvandlas så småningom till värme, med bara några få undantag (ett exempel på ett undantag skulle vara att all energi som används för att bygga en skyskrapa som går till att lyfta byggmaterial inte blir värme ... åtminstone inte såvida inte skyskrapan rivs), och dessa undantag är en liten andel av energianvändningen.

Atmosfären har en massa på cirka 5,15 × 1018 kg (Wikipedia)
specifik värmekapacitet hos luft:
SHC of air 0.716 https://www.ohio.edu/mechanical/thermo/property_tables/air/air_cp_cv.html

Både massan och värmekapaciteten för land / vatten är mycket större än luftens, och för att luft ska förbli vid en hög temperatur måste marken och vattnet under den bringas upp till den temperaturen. Du kan ha ett område med kall mark och varm luft, men för att den situationen ska bestå måste den varma luften komma från någon annanstans som har varm mark / vatten.

Liten mängd för vad jag tycker är fortfarande en grov överskattning av 100x 100W glödlampor per person som en intern energiproduktion, men varför är inte detta en faktor, särskilt när världen blir mer energihungrig?

Förutom att detta är en liten andel av den totala värmen, är den inte permanent. Det största bekymret över koldioxid är inte att koldioxidutsläpp 2019 kommer att göra jorden varmare 2019 eller till och med 2020 eller 2021, utan att alla koldioxidutsläpp är kumulativa, och om trettio år framöver kommer vi fortfarande att hantera effekterna av CO2-utsläpp från idag. Anti-warming-aktivisternas brådskande utgångspunkt är antagandet att global uppvärmning har mycket fart, och det kommer att ta mycket tid att vända uppvärmningstrenderna. Att helt enkelt lägga till värme i systemet har däremot inte samma långsiktiga effekter. Värme gör att föremål strålar ut värme. Utan växthuseffekten innebär en höjning av jordens temperatur att den utstrålar mer värme, och utan en konstant tillströmning av ny värme kommer den att svalna igen. Så även om vi skulle höja jordens temperatur genom att vrida alla våra värmare på full explosion, skulle detta inte vara ett hot mot senare generationer på det sätt som koldioxidutsläppen påstås vara. CO2 minskar mängden värme som jorden släpper ut och kan därmed öka jämviktstemperaturen permanent.

Är det "värmeneutralt", jag har svårt att föreställa mig att något som en vindkraftverk som alstrar el skulle minska värmeenergin i luften mer än en elektrisk värmare som stängs av.

Om du håller en värmare bredvid vindkraftverk kommer all energi från den energi som tas från vinden, och all den energin skulle ändå ha förvandlats till värme (se mitt första stycke). Att värmaren skulle resultera i en nettovärmeökning skulle vara ett brott mot energibesparingen. Samma förnyelse i allmänhet, som sol, geotermisk, vattenkraft eller våg.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 4.0-licensen som det distribueras under.
Loading...