高層大気から地表面へ熱を輸送する方法

「温室効果理論の崩壊」で述べてきたように温室効果自体で地表面方向へ再放射によって熱を輸送することは時間的な制約から困難と考えられる。運良く（？）自然放射が地表面方向へ向かって起こったとしてもすぐ近くの赤外活性分子に補足されてしまい、次には衝突によって赤外不活性分子の運動エネルギーに変換される可能性が極めて高い。したがって高層の大気から地表面への熱輸送の道のりはきわめて遠いと考えざるを得ない。

「放射」に頼らずに地表面へ熱輸送をする方法があるだろうか？と考えてみたのだが思いつかない。高層の冷たい空気が下降すると断熱圧縮で温度は上昇するがそれは位置エネルギーが熱エネルギーに変化したただけで「熱の移動」ではない。（と思う）雪が降って地表面で解けるのは熱の方向が反対だし、雷はどうだろうか？これは氷晶の運動エネルギーが電気エネルギーとなったものでこれが地上に届いても「熱の移動」とはいえないようだ。（たぶん）

このように考えると高層から地表面まで熱力学の第2法則に逆らって熱を送り返すのは困難に思える。こうなったら「熱素」が重力で落下するしかない！(笑)

温室効果理論の崩壊

下の図はウィキペディアの日本語版から引用した温室効果の説明として行われているものである。数値の細かな違いはあるがどこでもこのような説明が行われている。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B8%A9%E5%AE%A4%E5%8A%B9%E6%9E%9C

地表から放射された赤外線が温室効果ガスに吸収されこれが地表へ向かって再放射されるため温室効果ガスがない場合よりも地球表面が高温に維持されるというのが共通に見られる説明である。しかしこの説明には大きな問題が指摘されている。

TheorySurgeryは「温室効果ガスの分光学:励起状態ダイナミクス」の中で以下のように述べている。

『地表放射を吸収し振動励起した分子は、大気中の99%を占める窒素や酸素などの赤外不活性分子の衝突により消光されます。これは振動励起の自然放射の寿命がミリ秒と比較的長いために[1]、一気圧の大気下における分子との衝突頻度の時定数の方が140ピコ秒と圧倒的な速さで衝突するため[2]、放射過程以外にも無放射緩和過程による失活チャンネルが重要になるものと考えられます。ここで無放射緩和過程のメカニズムとしては、分子衝突によるエネルギー移動などによって、振動励起分子のエネルギーが他の分子の運動エネルギーとして分配されるといったことが考えられます。』

つまり赤外線を吸収して励起した分子が赤外線を再放射する前に他の分子と衝突してしまうため、再放射が起こるよりも他の分子（ほとんどが赤外不活性分子）の運動エネルギーになる確率が圧倒的に大きいということだ。したがって温室効果理論のいう「大気からの再放射で地表を暖める。」というのは現実には極めて起こりにくい現象である。また分子間衝突が起こるからこそ大気は一様に暖まるのである。温室効果理論をそのまま適応すれば赤外活性分子のみが暖まり、窒素や酸素は低温のままという温度の不均一状態が出現することになる。どちらの考え方が現実を反映しているかは言うまでもない。

また地球環境研究センターの江守正多はQ&Aココが知りたい温暖化の中で「二酸化炭素が増えると温室効果が増えることの「証拠」」として以下のように述べている。

『仮に、地表から放出された赤外線のうち、二酸化炭素によって吸収される波長のものがすべて一度吸収されてしまおうが、二酸化炭素が増えれば、温室効果はいくらでも増えるのです。なぜなら、ひとたび赤外線が分子に吸収されても、その分子からふたたび赤外線が放出されるからです。そして、二酸化炭素分子が多いほど、この吸収、放出がくりかえされる回数が増えると考えることができます。図２は、このことを模式的に表したものです。二酸化炭素分子による吸収・放出の回数が増えるたびに、上向きだけでなく下向きに赤外線が放出され、地表に到達する赤外線の量が増えるのがわかります。』
(a) 二酸化炭素分子は、赤外線を吸収するだけでなく放出する
(b) 赤外線を吸収・放出する二酸化炭素分子の量が増えれば、地表に届く赤外線は増える


http://www-cger.nies.go.jp/qa/4/4-1/qa_4-1-j.html

現実には起こる確率が少ない再放射で温室効果を説明したばかりでなく、まるで無限にエネルギーが生み出されるような書き方である。仮に江守が言うように何度吸収放射を繰り返したとしても捕捉されるエネルギーは最初の1回目の分だけで、総量は変わらない。この文章を素直に読めば立派な第1種永久機関である。以前より近藤邦明（大気温度はどのように決まるか）やTheorySurgery（大気化学の常識は光物理化学の非常識：温室効果ガスによる再放射の妥当性）に指摘されているにもかかわらず、いまだに訂正がないところを見ると意図的なウソかよほどの恥知らずであろう。

次に上のウィキペディアの図にはもうひとつおかしな点が指摘されている。それは地表面からの赤外線が赤外活性分子に吸収されたあと宇宙空間だけでなく再び地表面方向に向かっていることだ。これは上空の低温の大気からより高温の地表面に熱が移動していることになり、明らかに熱力学第2法則に違反している。すなわち第2種永久機関に相当するという指摘がなされている。
Gerhard Gerlich and Ralf D. Tscheuschner, arXiv:0707.1161v3 [physics.ao-ph](2007)
Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics

確かに図で緑色の矢印はきれいな円を描いており、永久機関と呼ぶにふさわしい説明図である。

では上に述べたように温室効果理論が完全に崩壊した今、我々は地球大気の熱移動システムをどのように理解したらいいのだろうか？その選択肢のひとつが下の図である。

ここでは赤外活性分子の働きを大きく三つに分けて考えている。

Ⅰ．太陽放射あるいは地球放射の赤外線を吸収する。

Ⅱ．吸収した熱エネルギーを赤外不活性分子の運動エネルギーとして伝える。（主に低層大気）

Ⅲ．大気上端から宇宙空間へ廃熱として赤外線を放射する。

地表面から大気への熱の移動は伝導と、潜熱が主たる働きをしている。特に伝導は赤外不活性分子にも熱エネルギーを移動させることが可能でありその量的大きさを考えると大気システム全体に伝えられる熱エネルギーのなかでかなりのウエイトを占めるであろう。またこの伝導を効率的に行うために対流が大きな役割を担っていると考えられる。赤外活性分子に吸収された熱エネルギーは赤外不活性分子との衝突でその運動エネルギーとなり、対流によって高層へ運ばれて行く。そして最終的に上層の赤外活性分子に受け渡され宇宙空間へ放射される。ここでは赤外活性分子から地表面への再放射はなく、その分のエネルギーは伝導によって赤外不活性分子が地表面から直接得ていることになる。ただ太陽放射からのエネルギーというのは限られているのでこのエネルギーだけで現在の地表気温が維持できるかどうかは不明である。またこのモデルでの赤外不活性分子の役割は熱を宇宙空間に逃さずに大気システム内に留めておくことであり、鍵のかかった貯金箱にたとえられる。（TheorySurgeryは「熱浴」と呼んでいる）

図から明らかなようにこのモデルでも放射冷却は起こりうる。また赤外活性分子の大気上端での増加は宇宙空間への廃熱を促進させ高層大気において図の青い矢印方向への熱移動が起こりやすくなり気温が低下する方向に作用する。これは南極上空のオゾンホールで問題となっている極成層圏雲形成の原因の一つとして二酸化炭素濃度の増加が考えられていることと矛盾しない。

 

以上このモデルはTheorySurgery、近藤邦明などの議論をもとに組み立てられたものである。今のところ私自身は最も受け入れやすいモデルと考えているが、真実はわからない。おかしな点があればご指摘いただきたい。

 

今まで述べてきたように温暖化論者がよりどころとしてきた温室効果理論は「再放射」と「熱力学第2法則」で大きく破綻し、崩壊を始めた。それにしても「永久機関」というものはいつの世の中でもお金儲けにはうってつけのようである。

温室効果は永久機関、気候モデルでは熱伝導が起こらず放射を過大評価か？

前回に続いてTheorySurgery氏にご紹介いただいた論文から。

永久機関（perpetuum mobile）には熱力学第1法則に反する第1種永久機関と第2法則に反する第2種永久機関がある。どちらの熱力学の法則もいろいろな表現があるようなので詳細は他のサイトを参照してほしい。私は仕事をしないのに熱が生み出されるのが第1法則、熱が低い方から高い方に勝手に移動するのが第2法則と単純に考えている。この論文では温室効果理論を第2種永久機関であると批判している。これによって低温の高層大気からより高温の地表面（付近の大気）へ再放射によって熱が移動することになる。なるほどこれが灼熱地獄の原因だったのかと思わず納得してしまった。

論文の著者は著名な気候学者Rhamstorfの解釈を引用している。
「ある懐疑論者は温室効果は作用しないと述べている。なぜなら（熱力学の第2法則によれば）どんな放射エネルギー(radiative energy)も低い方から（大気）暖かい方（表面）には移すことができないからだ。しかしもちろん第2法則は温室効果によって破られていない。放射交換の間、両方向の正味のエネルギーは暖かい方から冷たい方に流れているからだ。」

確かに我が国の温暖化論者も口をそろえて同様の説明をしそうである。これに対する著者の反論は以下のとおり。
「Rhamstorfの熱力学第2法則の引用文は明らかに間違っている。第2法則はエネルギーではなく熱について述べられたものである。さらにRhamstorfは“正味のエネルギーの流れ”という漠然とした概念を導入している。関連した量は“正味の熱の流れ“であり、それは固定されたシステム内、ここでは大気システムでの上下方向の熱の総和である。飛行中に熱力学システムを上向きと下向きに第2法則を再定義するのは承認しがたい。」

上向き200下向き100でも、↑400、↓300でも正味の移動が上向き100であれば個々の数値は全く意味を持たなくなる。著者はさらにドイツのWikipediaの記述を引用。
「ある人々は温室効果ガスが地球の表面（150W/m2）に向かって放射されるエネルギーについて問題を抱いている。なぜなら冷たい物体（約-40℃）から暖かい物体（地球の表面約15℃）へのエネルギーの流れは明らかに熱力学第2法則を破っているからだ。これは間違った解釈である。なぜなら太陽の放射（6000Kにも達する）を無視しているからだ。全体の収支の点では第2法則は確かに守られている。」

著者の反論は次のとおり。
「明らかにエネルギーと熱を混同している。さらにここで問題になっているシステムは地表面を含む地球の大気システムである。このシステムはその周囲の環境と放射平衡にあり、他のどんな形のエネルギーや物質の交換が厳しく禁止されているので第2法則が厳しく維持される熱力学の範疇のシステムと定義されている。熱、エネルギー、仕事の相違は熱力学にとってきわめて重大である。第2法則の記述はこの相違についてである。」 

次にこのような矛盾がなぜ起こったのかということを著者は推測している。不可逆的な熱力学の理論的な記述において熱力学第2法則は「熱の流れと温度勾配は反対の方向を持つ。」式にすると次のように表される。

　　q=－λ・gradT

確かにこれなら温度勾配と熱の移動は逆方向になる。ところが、気候モデルでは大気の熱伝導を無視することが習慣になっているという。つまり上の式で

　　λ＝0

となっているのだ。著者は次のように述べている。
「このことが数値シミュレーションにおいて第2法則が小さな効果しか持たない原因ではないかと推測している。熱伝導を0にすることは実際には第2法則を犯しているわけではなく理想システムへの近似手法である。しかし温度差があるにもかかわらず、高温部から低温部に熱が流れない。もしも実際に温度の上昇が起こらないのならそれは第2法則に従っていると言えるのだろうか。」

温度勾配があっても熱伝導が起こらない。それゆえ気候モデルでは放射による熱の移動が過大評価されてしまっていると考えられるだろう。50℃の地表面と20℃の大気が接していても熱伝導が起こらない世界ということだ。そのような世界での気候予測などだれが信じるのだろうか？そう考えると第2種永久機関も気候モデルの異常な温度上昇の予測もすべて納得！
この論文は100ページを越えるだけにまだまだ楽しめそうだが、だんだん真相が見えてきたらアホらしくなってきた。こんな詐欺みたいな話にひっかかるとは・・・・。「俺の税金を温暖化対策には使うな！」は小市民の切なる願い。「お前税金払ってるんか！」というツッコミはなし。（minor change9/28）

 

参照論文

http://arxiv.org/abs/0707.1161v3

Gerald Gerlich&Ralf D.Tsceuschner,Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics

3.9　The laws of thermodynamics(p75-79)

Woodの実験

温室効果そのものに疑問を呈する論文が紹介されている。

温室の中の空気はなぜ周囲より暖かいのか？

「greenhouse effect」（温室効果）の言葉の起源である実際の温室内における昇温は「（空気の）対流の抑制」が大きなウエイトをしめていることは明らかである。しかし一方で温室周囲のガラスが可視光を通過させて赤外線を吸収する性質があることも事実である。したがってガラスが吸収した赤外線を再び温室内に向かって再放射し温室内部の空気を高温に保つ、つまり現在の温暖化論者が主張している二酸化炭素による温暖化と同じメカニズムによる昇温効果も完全に否定されたわけではない。これには1906年のWoodの実験が明確な解答を与えている。まさに温故知新とはこのことだ。直接的な参照論文は↓だが

G. Gerlich and R. D.Tscheuschner,”Falsification of the atmospheric CO2 greenhouse effects within the frame of physics” arXiv:0707.1161v3 [physics.ao-ph] p32-34(2007)

オリジナル論文は↓

R.W.Wood,”Note on the Theory of the Greenhouse”,Philosophical magazine 17 p319-320(1909)

なんと100年も前の実験である。そしてこの図は私が論文を読んで勝手に解釈して作ったものである。誤解などで間違っている可能性もあり、お気づきの点は遠慮なく指摘していただきたい。

 

上に述べたように普通のガラスは1μm以上の波長の赤外線をよく吸収する性質がある。これに対してKClやNaClからなる（含む？）ガラスは可視光から赤外線に対して透明な性質がある。この両者の性質の違いを利用して実験が行われている。

黒い厚紙で囲いを作りその周囲をコットンで覆い中に温度計を設置する。そして一方には普通のガラスのふたをつけ（図のA）、もう一方には同じ厚さの岩塩でできたガラスを置く（図のB）。これらを日光にさらすとBの方がわずかに速く温度が上昇する。これはBでは太陽光中の赤外線が通過して内部の加熱に加わるためである。このため図の上部に描かれているように太陽光を最初に普通のガラスを通過させて赤外線をカットして実験は行われた。

実験の結果を訳しておく。

「両者はほとんど1℃の違いもなかった。最高55℃に達した。この温度ではBの方はこの温度による放射エネルギーのすべてを外部に伝達できるのに対してAの方はすべてを遮断している。これは放射による地表面の温度の喪失は対流によるものより大変小さいことを示している。言い換えれば放射エネルギーが捕獲される状況からはほとんど何も得られないということである。」

明解な結論である。

 

Woodはなおも続ける。

「それゆえ大気によって影響される惑星の温度を推論するときに放射エネルギーの捕獲に対して注意を払うことは必要であろうか？太陽光線が大気を貫いて地表面を暖める。そして入れかわって伝導や対流によって地面が大気を暖める。このようにして熱は大気中に蓄えられ、気体の非常に低い放射能力のせいでそこに留まり続けることになる。たとえどんなに望ましい条件においてさえ、地表からの放射エネルギーを吸収することによって大きく大気が暖められるかどうかということは私には大変疑わしく思われる。私はあえてこの問題に深くかかわろうとは思っていない。ただ単に我々が大変よくなじんでいる実際のケースでは放射エネルギーの捕獲は大変小さな役割しか果たしていないという事実に注意を払うためにこのノートを公表した。」

 

地球温暖化問題は100年も前に解決していた！温暖化論者はこの100年前の実験をどう捕らえるのだろうか？彼らの頭脳は100年遅れているのか？かくいう私も400年前のニュートン力学がいまだに理解できていないのだが・・・・・・。