Skleníkový jev na Venuši spolehlivě umožňuje překročení Bradburyho zápalné teploty papíru

Zítra od půlnoci CET (středoevropský čas) probíhá Globální stávka proti hrozící klimatické krizi. O tuto problematiku jsem se shodou okolností zajímal už minulém století, prvně v ČSAV, a když tam to už nešlo, tak dál v Pacifiku.

O planetě Venuši se mluví málo, hlavně proto, že se o ní málo ví. Přesto, v historii této planety je ukryto zatím neznámé tajemství, jehož pochopení může sehrát klíčovou roli v strategii lidstva při přístupu ku skleníkovému efektu. Planeta Venuše je totiž místem, kde se skleníkový efekt takříkajíc vymkl kontrole. A tak povrchová teplota na Venuši je 732°K (pokud snad ještě nějaký konzervativec měří ve stupních Celsia, tak to je 459°C). A papír prosím hoří, jak aspoň tvrdí Bradbury, už při 451 stupních Fahrenheita, což je cca 233°C. A propos, proč se ten román vlastně nepřekládá jako 233 Celsia či lépe 506 Kelvina? Jasně - protože překladatelé neměli čas se učit thermiku. A proč se nic nedělá se skleníkovým efektem? Jasně, protože politici neměli čas studovat thermodynamiku.

Ač skleníkový efekt byl pochopen dříve, než třeba mechanismus vzniku ozónové díry, leží pro většinu veřejnosti daleko za hranicemi dosaženého poznání. Nejsnáze se dá nahlédnout skrze záření absolutně černého tělesa, což je věc, která se, když jsem ještě chodil do školy, vůbec neučila. Akorát to problesklo definicí jedné jednotky, ve které též stálo, že se tato má měřit při teplotě tuhnoucí platiny. Nicméně bylo to záření černého tělesa, které Max Planck zvládl teprve po té, co ryze spekulativně zkusil, co to udělá, když energie nebude spojitá nýbrž kvantovaná. Ač to sám nemohl vysvětlit, dostal takto souhlas s měřením, že spektrum toho černého tělesa má maximum závislé na teplotě. A tím taky začíná historie kvantové mechaniky. Teprve když po čtvrt století později Erwin Schrödinger spekulativně vytvořil Schrödingerovu rovnici, tak to kvantování energie z ní vycházelo zcela přirozeně. Pro náš účel nicméně Schrödingerovu rovnici můžeme pominout. Pokud ale zintegrujeme to spektrum, co ho spekulativně našel Max Planck, přes všechny vlnové délky, tak dostane to, co je známo jako zákon Štefan-Boltzmannův. Energie vyzařovaná (černým) tělesem je úměrná čtvrté mocnině teploty ve stupních Kelvina.

Tím máme to nejtěžší za sebou a můžeme si zkusit spočítat střední teplotu zemského povrchu. Hlavním zdrojem energie pro Zemi je Slunce, energii přicházející od horkého magmatu v zemském nitru můžeme pominout. Energie přicházející od Slunce (také ji můžeme pojednat přes to záření černého tělesa, ale to přeskočíme) je v zásadě konstantní, hovoří se o sluneční konstantě jakožto o energii dopadající za jednotku času na jednotku plochy kolmo na směr paprsků. Část slunečního záření se ale odráží zpět do prostoru, a není využita. Toto tzv. albedo činí pro Zemí asi 30%. Podstatně vyšší je u Venuše, kde činí kolem 70%, na čemž se podílejí mraky obsahující sloučeniny síry - tento odraz způsobuje, že Venuše na obloze jasné září. Krom toho, že energii Země přijímá, tak ji také vyzařuje, což se zase pro jednoduchost popisuje pomoci toho černého tělesa. Základní rozdíl je ale v tom, že Slunce vyzařuje hlavně UV záření (to pak podstatně zredukuje ozónová vrstva Země), viditelné světlo a blízké infračervené záření, zatímco Země jen méně energetické (tedy s nižší frekvencí) vzdálenější infračervené záření, naším okem nepostihnutelné. Ergo máme dva pochody, energie přichází od Slunce, energie je Zemí vyzařovaná do prostoru. Za rovnováhy se tyto dva toky vyrovnají. Tím je určena teplota zemského povrchu, neb i vyzařování energie ze Země závisí na čtvrté mocnině její teploty. Takto se ale došlo k divnému výsledku, že průměrná teplota Země by měla být jen 255 K, ač z měření je známo, že činí kolem 288 K. I když je Venuše blíže Slunci, vzhledem k jejímu vyššímu albedu by pro ni stejný modelový výpočet poskytl dokonce jen teplotu 240 K, tedy v ještě větším rozporu s realitou. Takovýto modelový odhad lze aplikovat třeba i na Mars - dostane se 216 K, ač pozorovaná teplota je 240 K.

Vysvětlení je v tom, že jsme zatím ignorovali zemskou atmosféru. V atmosféře je sice hlavně dusík a kyslík, ale ty jsou z našeho hlediska bezvýznamné. Jsou tam ale i jiné plyny jako voda, kysličník uhličitý CO2, metan, ozón. Tyto molekuly samy také mohou absorbovat světelnou energii v blízkosti toho spektrálního maxima (pro vyzařování ze Země), co ho zkusmo (pro každé těleso) odvodil už Max Planck. A tím způsobují odchylky od toho jednoduchého Štefan-Boltzmannova zákona. Toto se projeví ve spektrech záření ze Země odcházejícího do vesmíru vykousnutými zuby odpovídajícími frekvencím absorbujících molekul (část adsorbovaného záření molekuly při pozdější emisi vrací k zemskému povrchu). Aby se takto odkloněná energie mohla v bilanci nahradit, musí se zvýšit teplota zemského povrchu - v modelech i ve skutečnosti. Pokud tedy má být nicméně dosaženo rovnováhy mezi přijímanou a vyzařovanou energii, musí se teplota povrchu zvýšit na těch 288 K. A nyní do toho navíc zasáhlo lidské průmyslové podnikání, které dále zvyšuje obsah CO2 v atmosféře, a tím volky nevolky stoupá teplota.

Přesuňme se nyní na Venuši. Venuše má velmi hustou atmosféru. Zatímco na Zemi je tlak kolem 1 atm, na Venuši to je 90 atm (slovy devadesát). A 96.5% té atmosféry je tvořeno CO2. Jak se tam vzal ten CO2 nevíme, můžeme jen spekulovat. Naopak je jasné, že pokud tam jsou taková obrovská množství CO2, musí tam být i parádně vyšší teplota povrchu, jak jsme si již vyjasnili přes ten Štefan-Boltzmannuv zákon, jmenovitě tam je těch 732 K. Venuše a Země se až tak neliší polohou k Slunci, a nadto Venuše zase má vyšší albedo, klíčový pro rozdíl v teplotách je ten rozdíl v množství CO2. Mimochodem, zajímavé je i srovnání s Merkurem. Jestliže průměrná vzdálenost Země od Slunce je 1, pak vzdálenost Venuše od Slunce je 0.72 a Merkuru 0.38. Průměrná teplota na Merkuru je nižší než na Venuši, pouze 452 K (byť teplota na Merkuru se mění od 100 do 700 K). Merkur totiž má jen velmi řídkou atmosféru tvořenou stopami vodíku a hélia. Mars má taky řídkou atmosféru, ale podobně jako Venuše tvořenou především CO2 (tlak na Marsu je ale méně než setina atmosféry).

Na zemi jsou zatím jak CO2 tak vodní pára převážně uloženy mimo atmosféru. Voda je v mořích, ledu, podzemních vodách, chemicky vázána v horninách. Pokud by z nějakých důvodů začala stoupat teplota, třeba jak nám teď hrozí z titulu vyššího obsahu CO2, mohly by se věci pro civilizaci začít vyvíjet zcela nepříznivé. Začalo by totiž stoupat i množství vodní páry atmosféře, a tato voda by pak dál zvyšovala teplotu z titulu své funkce skleníkového plynu. V případě, že by se věci vyvíjely podle nejhoršího scénáře, mohla by se i vyvařit voda z oceánů a teplota na Zemí by dostoupala do pozoruhodných výšek. Největší potíží v modelování takovýchto představitelných scénářů je, že zdaleka neznáme všechny faktory, které by se postupně začaly zapojovat, z nichž samozřejmě jen část má plus, zatímco jiné mají minus efekt.

Má se za to, že k takovému nějakému katastrofickému scénáři skleníkového efektu, který se vymknul kontrole, došlo v dávných geologických dobách na Venuši. Zatím o této planetě víme jen velmi málo, abychom mohli tento proces pochopit. Neznáme složení hornin a nitra, nevíme jak to bylo v minulosti s vodou (dnes je v atmosféře Venuše zastoupena jen velmi málo, stejně jako třeba dusík). Je ovšem možné, že původně byl atmosférický uhlík převážně v minerálech (uhličitanech) a CO2 se z nich postupně uvolňoval se stoupající teplotou.

Proto se plánují další sondy k Venuši. V současnosti ji oblétá japonská družice Akatsuki (úsvit), která registruje spektra v širokém intervalu frekvencí. Ta přinesla řadu nových, dosud nevysvětlených informací - např. o rychlém proudění v některých tamních vrstvách atmosféry. Také by mohla potvrdit i naše dřívější předpovědi o přítomnosti nekonvenčních absorbérů energie. Ty jsou důležité i pro zemskou atmosféru. Dvě hlavní složky naší atmosféry ve skleníkovém jevu nefigurují (N2, O2), což je dáno jejich symetrií. Pokud ale vstupují do atmosférických komplexů, mohou už přispívat do celkového energetického rozpočtu:
https://app.box.com/s/slf41diebuaakfj78a6xcjywe3sqfi2j
Mimochodem (a to seskakujeme z Venuše do českých kalných vod akademických) - je to také ukázka výzkumů, které byly u nás uťaty s příchodem post-totality (takže pak pokračovaly v Pacifiku, stejně jako třeba studium oslabování ozónového pláště či nanouhlíků). Dělo se tak z jediného důvodu - bylo třeba vytěsnit nehodící se svědky lidských a odborných selhání jednoho prolhaného totalitního kariérního denuncianta. A současně tak zastrašit další, aby je zavčas přešla chuť nevhodné pravdy říkat. Podobně byly tehdy i uťaty nadějné výzkumy Dr. I. Haslingerové, Doc. J. Pancíře, Dr. M. Svrčka, a dalších. Akademie, ve které může vůbec k takovým deformacím docházet, je systémově špatně nastavena. Nemůže a nesmí se tam říkat nehodící se pravda. A absurdnost akademických poměrů ještě navyšuje, že ten totalitní kariérní denunciant - jak už to u kariéristů přichází - sám nikdy nic objevného v tom oboru neučinil a učinit ani nemoh, neb neovládal jeho řemeslo. Např. výpočty pro jeho DrSc. práci mu hlavně prováděl Doc. Pancíř, neb ten člověk na počítač ani nesáhl, natož aby někdy napsal nějaký program nebo odvodil rovnici. Jinými slovy - příspěvek akademického vedení k řešení problémů skleníkového jevu byl ten, že se znemožňovala práce produktivním lidem, kteří přispět mohli, a to jenom proto, aby nevyšla najevo pravda o jednom (neproduktivním) hodnostáři. Absurdní? Jistě, ale nikdo se to tam ani dneska nemůže odvážit říct. Akademie, kde se perzekují whistlebloweři, má zásadní vadu na kráse. Ve světě podle etických pravidel pro vědeckou práci platí, že instituce mají whistleblowerům poskytovat ochranu a podporu. U nás se děje pravý opak:
https://osf.cz/wp-content/uploads/2015/08/TIC_whistleblowers_2009.pdf

Už dnes je možné používat případ Venuše jako odstrašující příklad pro politiky rozhodující o strategiích proti skleníkovému efektu. Pokud by se i na Zemi skleníkový efekt měl vymknout jakékoliv kontrole, znamenalo by to, že se stoupající teplotou by se postupně převáděla do atmosféry voda, pak uhlík ze živé hmoty jejím spalováním na CO2, a nakonec i CO2 z minerálů jejich tepelným rozkladem. Jak řečeno, mnohé neznáme a netušíme. Teprve nyní se třeba začal do modelů zabudovávat rychlejší růst dřevní hmoty, pokud vzroste koncentrace CO2 v atmosféře, či možný rychlejší růst řas. Je též možné spekulovat o snižování sluneční radiace třeba prostřednictvím obrovských zrcadel v kosmu. Leč realisticky vzato, lidstvo zatím neporučí větru a dešti, natož termodynamice. Jak výstižně říkají skutečně dobře vzdělání Angličané: You cannot negotiate thermodynamics (vyjednávat s termodynamikou nelze).

Foto u perexu: Výřez z obálky knihy Raye Bradburyho 451 stupňů Fahrenheita.

III. díl seriálu: 666@Sky - Je naprosto nezbytné, aby nebe bylo blankytné
[blankyt:666THz]
IV. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=713809
II. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=694990

[hniloba@AVCR  neboli  Akademická špína v krystalicky čisté formě:  Část XIV.]
XIII. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=693139
XV. díl seriálu:  https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=658189

This work is licensed under CC BY-NC-ND 4.0