Почему опыт Вуда не имеет отношения к парниковому эффекту в атмосфере

[Макроассемблер]

Во-первых, мало кто читал оригинальную публикацию Вуда. Для хомячков она обычно пересказывается с купюрами.
Опубликовано в the Philosophical Magazine in 1909 (Vol. 17, pp. 319-320):
XXIV. Note on the Theory of the Greenhouse

By Professor R. W. Wood

THERE appears to be a widespread belief that the comparatively high temperature produced within a closed space covered with glass, and exposed to solar radiation, results from a transformation of wave-length, that is, that the heat waves from the sun, which are able to penetrate the glass, fall upon the walls of the enclosure and raise its temperature: the heat energy is re-emitted by the walls in the form of much longer waves, which are unable to penetrate the glass, the greenhouse acting as a radiation trap.

I have always felt some doubt as to whether this action played any very large part in the elevation of temperature. It appeared much more probable that the part played by the glass was the prevention of the escape of the warm air heated by the ground within the enclosure.

If we open the doors of a greenhouse on a cold and windy day, the trapping of radiation appears to lose much of its efficacy. As a matter of fact I am of the opinion that a greenhouse made of a glass transparent to waves of every possible length would show a temperature nearly, if not quite, as high as that observed in a glass house. The transparent screen allows the solar radiation to warm the ground, and the ground in turn warms the air, but only the limited amount within the enclosure. In the "open," the ground is continually brought into contact with cold air by convection currents.

To test the matter I constructed two enclosures of dead black cardboard, one covered with a glass plate, the other with a plate of rock-salt of equal thickness. The bulb of a thermometer was inserted in each enclosure and the whole packed in cotton, with the exception of the transparent plates which were exposed. When exposed to sunlight the temperature rose gradually to 65  C., the enclosure covered with the salt plate keeping a little ahead of the other, owing to the fact that it transmitted the longer waves from the sun, which were stopped by the glass. In order to eliminate this action the sunlight was first passed through a
glass plate.  
There was now scarcely a difference of one degree between the temperatures of the two enclosures. The maximum temperature reached was about 55  C. From what we know about the distribution of energy in the spectrum of the radiation emitted by a body at 55  C., it is clear that the rock-salt plate is capable of transmitting practically all of it, while the glass plate stops it entirely. This shows us that the loss of temperature of the ground by radiation is very small in comparison to the loss by convection, in other words that we gain very little from the circumstance that the radiation is trapped.

Is it therefore necessary to pay attention to trapped radiation in deducing the temperature of a planet as affected by its atmosphere?

The solar rays penetrate the atmosphere, warm the ground which in turn warms the atmosphere by contact and by convection currents. The heat received is thus stored up in the atmosphere, remaining there on account of the very low radiating power of a gas. It seems to me very doubtful if the atmosphere is warmed to any great extent by absorbing the radiation from the ground, even under the most favourable conditions.

I do not pretend to have gone very deeply into the matter, and publish this note merely to draw attention to the fact that trapped radiation appears to play but a very small part in the actual cases with which we are familiar.

Опыт Вуда некорректен
Измерялась температура внутри маленького ящичка, который быстро нагревается и быстро остывает (чтобы поскорее получить результат). Естественно, днём. Скорость ОСТЫВАНИЯ ночью измерена не была, тогда как поддержание температуры ночью не менее, а более важно, чем 65 градусов днем.

Отсутствует контроль - ящичек совсем без крышки. Подробности - давление, температуру и т.д. Вуд тоже не опубликовал.

Неверные выводы о следствиях циркуляции воздуха
The solar rays penetrate the atmosphere, warm the ground which in turn warms the atmosphere by contact and by convection currents.
Благодаря конвекции атмосфера быстрее нагревается, но отсюда никоим образом не вытекает, что она будет нагреваться до большей величины, чем без конвекции. Результатом конвекции в атмосфере является нагревание ВЕРХНИХ слоев тропосферы за счет охлаждения нижних. По-иному не бывает. А верхние слои тропосферы нас не интересуют.

Неверная экстраполяция опыта с ящичками на атмосферу
Земля вместе с океаном и атмосферой теряет почти исключительно посредством радиации. Ящичек, неважно, закрытый или нет, соприкасается с атмосферным воздухом и теряет тепло также за счет теплопроводности и конвекции. Если мы хотим промоделировать ящичком атмосферу, то закрывать его надо не одинарным, а двойным стеклом, воздух внутри которого надо откачать.

Искажение результатов Вуда политически ангажированными писателями
http://www.epochtimes.ru/content/view/42368/9/
Нарисована картинка, где стекло отражает ИК-лучи. Это не так. Стекло поглощает ИК-излучение, и в соотвествии с законом Кирхгофа является хорошим излучателем. Поэтому тонкое одиночное стекло не очень хорошо блокирует ИК; оно хорошо его поглощает и т.к. - является тонким - то тепло легко проходит через стекло и излучается с обратной его стороны.


Конвекция выравнивает градиенты температуры на Земле. То есть... от частичной блокировки конвекции в ящичке становится теплее, но становится холоднее в другом месте!

Аппеляция к умершим авторитетам является бесстыдным демагогическим приемом.

[василий андреевич]

Вообще-то, неплохо было бы поставить более элементарный эксперимент - взять коробочки, накрыть их солью, а заполнить одну кислородом, а другую двуокисью углерода. Вторая нагрелась больше - этого достаточно... , а называть это парниковым эффектом или глобальным потеплением - дело вкуса и такта.

[Макроассемблер]

Таких экспериментов много, вот один
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8394168.stm
и на настоящих теплицах с настоящими растениями тоже
Точно так же легко экспериментально проверить, когда конвекция усиливает парниковый эффект, а когда ослабляет. Как Вы думаете, как? И какими свойствами должен обладать газ в атмосфере, чтобы конвекция усиливала парниковый эффект?

[василий андреевич]

И какими свойствами должен обладать газ в атмосфере, чтобы конвекция усиливала парниковый эффект?

Интересно. Я ничего об условиях экспериментов не знаю. Но попробуем исключить разную термохимию в восходящих и нисходящих потоках. Во-вторых, сделаем элементарную конвективную ячейку масштабной, что бы не рассматривать замкнутую циркуляцию и нагрев в приземном слое (это самое легкое объяснение).
  Вроде бы остается искать причину в скоростных свойствах восходящих и нисходящих струй, т.к. объемы выноса и привноса должны быть одинаковы. Отсюда, если существует узкий высокоскоростной вынос тепла и масштабный медленный привнос лишь незначительно более холодного воздуха, допустим по окружности конвективной ячейки, то парниковый эффект должен усиливаться. Во всяком случае около восходящего потока.

[Макроассемблер]

Нет, не то. Попробуйте рассмотреть сначала ванну с водой. В каких направлениях конвекция может переносить тепло и почему?

[Mr. B]

По-моему, здесь корректнее было бы рассматривать чайник, поставленный греться на газовую плиту.

[василий андреевич]

Конвекция и парниковый эффект - это не те два понятия, которые легко объединить в одном эксперименте.
Уже по определению, конвекция есть способ теплопередачи в условиях гравитации. Другое дело, что общепринятое объяснение за счет нагрева-расширения ущербно. Конвекция в общем виде - это структуризация, то есть работа за счет разницы между принятым и отданным теплом, а потому существует в определенном диапазоне температур при разнице в давлениях. Говорить о температуре потока бессмысленно.
  "Обратной" конвекции быть не может по определению, или это будет уже не конвекция. (например слой льда на дне)

[Макроассемблер]

Конвекция и парниковый эффект - это не те два понятия, которые легко объединить в одном эксперименте.

Можно. Думайте еще.

[василий андреевич]

Так не годится. Я буду думать отчего плавает утка, а Вы потом мне расскажете от чего она плавает.

[Макроассемблер]

"перевернем" освещение сверху вниз

[Макроассемблер]

В опыте Вуда внутри объекта не было воды и растений, что объясняется тем что он использовал пластину из соли. Но другой аспект - он элементарно поленился делать полный парник. В результате в его ящичке стенки и пол нагреваются неравномерно; конвекция не прекращается и по достижении стабильной температуры. Так что он собирался выпятить конвекцию - в его опыте она выпячена. В настоящих теплицах пол прогревается довольно равномерно и конвекции мешают находящиеся внутри растения. Теплый воздух скапливается вверху, в результате пользователи теплиц зачастую вынуждены использовать принудительную циркуляцию воздуха

ну и собственно детали; стекло - это не вещество, а материал. Какое именно стекло Вуд использовал - неизвестно. У меня вот на столе наоборот кусок стекла лежит которое для видимого диапазона совершенно непрозрачно, а ИК пропускает.

[василий андреевич]

Роберт Вуд, как величайший экспериментатор, мог доказать все что было именно ему угодно. Например, он "экспериментально зарубил" и высмеял проект воздушного шара с воздухом, нагреваемым газовыми горелками.
  Если честно, то я вообще не убежден, что в реальной теплице малых размеров возможна конвекция, а не вульгарная теплопередача в верхней части через стекло-пленку, которая нагрета выше "пола". Ковекция могла бы появиться только при точечном источнике тепла в основании.
  Точно так же нет никакой конвекции над равномерно разогретой поверхностью пустыни. И только приняв пустыню за точечный источник приземного тепла, мы начинаем рассуждать о ветрах, дующих в направлении этой "точки". А потом умозрительно начинаем поднимать теплый сухой воздух в верхи тропосферы. Но в реалиях это никогда не бывает именно так. Пустынный воздух с еёйной пылью оказывается вдалеке (географическом) от пустыни за счет "горизонтальных" пыльных бурь.

[Макроассемблер]

О том, какой должна быть среда, чтобы конвекция усиливала парниковый эффект. При нагревании сжиматься, а при охлаждении расширяться. Как пресная вода при T<4 C. При этом циркуляция будет такая, как уже в известной гипотезе о термоэре. Только вот подозреваю, что при такой циркуляции - это не просто то же, что добавить парниковых газов в атмосферу, а умножить парниковый эффект на коээфициент - все зажарится к чертям собачьим.

[василий андреевич]

Горячие молекулы в газе не могут быть медленными по определению. В жидкостях же при переходе к кристаллическому состоянию могут наблюдаться постепенные групповые фазовые переходы, где "горячая" молекула легче уходит от состояния кристалла, а кристаллизующаяся группа молегул, имея меньшую плотность всплывает. Но и при этом нет никакой обратной конвекции когда вода при +0 поднимается в область, +4. Наоборот быстрые "случайно" горячие молекулы естественным образом стремятся занять место в области повышенных давлений.
  В газовом столбе (без подогрева снизу) горячие молекулы так же стремятся расположится в области повышенных давлений, образуя равновесный термобарический градиент. Срыв этого равновесия в упорядоченную конвекцию произойдет когда термоградиент превысит бароградиент. Но попадая в разреженную область, молекулы газа, до того составлявшие "горячий объем", расширят этот объем, и он автоматически станет равновесно "холодным". На этом, собственно говоря, и кончится конвекция. Нельзя выдумывать конвективную ячейку "идеального газа" тропосферной размерности.
  Вертикальные перемещения воздушных масс - это следствия горизонтального выравнивания давлений и вихревых закручиваний, в которых нельзя говорить о температуре упорядоченных движений.