Le Châtelier ja ilmastonmuutos


Kuva 1. Kolme erilaista ekstrapolaatiosta samasta pintalämpötila-aineistosta. Huomaa, että keltainen eksponettikäyrä on kohotettu yhdellä ja punainen logaritmikäyrä kahdella asteella. Aineistolähde:

Kuva 1. Kolme erilaista ekstrapolaatiosta samasta pintalämpötila-aineistosta. Huomaa, että keltainen eksponettikäyrä on kohotettu yhdellä ja punainen logaritmikäyrä kahdella asteella. Aineistolähde: http://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadcrut3/diagnostics/global/nh+sh/

Le Châtelier’n periaatteesta olen joskus jotain maininnut tässä blogissani (Linkki). Nyt näkyy WUWT:n nimimerkkikirjoittaja kaivaneen esille  vanhan Luboš Motlin nettiartikkelin ja jatkaneen siitä (Linkki). Pohjalla on siis tämä fyysikko Motlin kelpo artikkeli (Linkki). Kummastakaan noista en kuitenkan havainnut mainintaa siitä, että ilmasto on virtaustilainen järjestelmä. Sellaisessa tasapainokin on yleensä virtaustasapaino, eikä esimerkiksi suljetussa reaktioastiassa päätepisteenä oleva dynaaminen tasapaino, jossa reaktioita tapahtuu yhtä paljon kumpaankin suuntaan. Erona näillä kahdella tasapainotyypillä on se, että edellisessä voi järjestelmä tehdä työtä (vaikkapa nostaa painoa), mutta jälkimmäisessä ei.

Virtaustilainen järjestelmä ei suoraan estä käyttämästä sen mallintamiseen myös Le Châtelier’n periaatetta, kuten käynee ilmi professori Uzmanin biokemiallisesta luentoesityksestä (LinkkiPDF), varsinkin diasta nro 38. Joka tapauksessa virtautila tulee huomioida tarkastelussa ja kaukana tasapainosta olevissa virtaustilaisissa järjestelmissä voi tapahtua myös mm. oskillointia, jolloin muutos tapahtuu ajoittain eksponentiaalisesti.

Jos ajatellaan häiriön tuottamaa muutosta, järjestelmä noudattaisi lineaarista ennustetta, ellei Le Châtelier’n periaate ”määrää” tapahtuvan muutoksen olevankin suuruudeltaan vähäisempi. Siis esimerkiksi järjestelmän lämpötila kohoaa vähemmän kuin tuodusta lämpömäärästä voisi suoraan päätellä, kun tasapainoinen järjestelmä hakautuu hakeutuu häiriön jälkeen uuteen tasapainoonsa. Le Châtelier’n periaate sanelee, että negatiivinen palaute on ainoa vaihtoehto lähellä dynaamista tasapainotilaansa olevissa järjestelmissä. Tätä on pyritty havainnolistamaan kuvassa 1 maapallon pintalämpötilahistoriaan niin, että alin sininen ekstrapolaatio on ”mekaanisen” järjestelmän vaste ja näkyvyyden vuoksi kahta astetta korkeammalla on logaritminen ekstrapolaatio, joka kuvannee kohtalaisesti dynaamisesti tasapainosta järjestelmää, siis sellaista, missä vain Le Châtelier’n periaate tarvitsee huomioida.

Kolmas kuvan 1 käyrä, keltainen eksponenttiekstrapolaatio, jossa on näkyvyyden vuoksi yksi lisäaste varsinaiseen poikkeama-aineistoon,  voisi sekin pitää paikkansa virtaustilaisessa järjestelmässä jonkin aikaa. Lämpötilakäyrä kuitenkin kohoaa ajan funktiona yhä jyrkempään kulmaan ja saavuttaisi ja ylittäisikin geologisesti lyhyessä ajassa auringon pintalämpötilan lukemat. Se siis on varmasti väärä pitkällä aikajänteellä tulevaisuuteen. Sama vika oikeastaan on lineaarisessakin ennusteessa, mutta luonnonlakien vastaisuus tulee hitaammin esille.  Logaritminen ennuste ei menetä samalla tavalla ”nopeasti” uskottavuuttaan tulevaisuuteen päin, mutta se ei taas ole uskottava menneisyyteen päin kovinkaan pitkälle. Tämä tosin riippuu myös käytetystä ajanlaskusta ja sen nollakohdan läheisyydestä.

Jos katsotaan kuvan 1 kuvaajien leikkauspisteitä, niin vuoden 2100 lähellä tapahtuva leikkaupiste tarkoittaa siis sitä, että tuolloin logaritminen ekstrapolaatio eroaa yhden asteen verran eksponentiaalisesta. Lineaarisen ja logaritmisen käyrän leikkaupiste on vasta vuoden 3000 jälkeen, jolloin siis näillä on eroa kaksi astetta, niin että suoran käyttö antaa korkeamman ennustelämpötilan.

Jos tarkastellaan aineistovälillä kyseisiä käyriä, niin ne ovat kutakuinkin yhtä hyvin havaintopistejoukkoon sopivia, eksponentiaalisen käyrän antaessa parhaan selitysasteen eli osuvuuden. Tuo viimeisen desimaalin pieni eroko sitten antaisi ilmastotieteelle ”luvan” tehdä eksponentiaalisia ennusteita?

En mene antamaan takuuta millekään piirtämälleni käyrälle, mutta sen voinee sanoa, että mikäli lämpötilakehitys noudattaisi jotain noista, kahden asteen ylitys tapahtuu varmasti, eri käyrillä vain eri vuosina.

Ilmastoon vaikuttaa sekalainen joukko fysikaalisia ja kemiallisia tekijöitä, joista ainakin hiilidioksidin aiheuttamaa säteilypakotetta pidetään logaritmisena konsentraation funktiona.  Koska tätä tekijää on kovasti korostettu, voisi olla hyvä korostaa myös Le Châtelier’n periaatetta laajemminkin ilmastonpalautteissa kuin vain hiilikierrossa (Linkki).

One response to “Le Châtelier ja ilmastonmuutos

  1. Itse olen pyrkinyt yksinkertaisempaan käsittelyyn: ”Nousee päivä, laskee päivä, kiitää vuodet nuo.”

    Mutta oleellisen asian sanot viimeisessä kappaleessa: ”… ainakin hiilidioksidin aiheuttamaa säteilypakotetta pidetään logaritmisena konsentraation funktiona….”. Jos tiedostettaisiin, että kyse on laskevasta, vaimenevasta logaritmisesta vaikutus-suhteesta, niin moninaiset pohdinnot palautuisivat yksinkertaisemmiksi.

    Tämän tiedostaminen on toki haastavaa, kun valtaisa NSA:ko syntyinen Greenpeace-klaanin koneisto syöttää toisia mielikuvia.

    Liked by 1 henkilö

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s