sciencetalk

Klimaatwetenschappers zijn het er over eens dat de aarde opwarmt doordat er steeds meer CO2 in onze lucht zit.
https://archive.ph/53ZTN#selection-1731.0-2084.0

Maar wat maakt CO2 zo bijzonder dat het inderdaad het klimaat kan veranderen?
De lucht om ons heen bestaat voor zo’n 99 procent uit stikstof en zuurstof, terwijl het percentage CO2 (koolstofdioxide) nog steeds maar 0,04 procent is. Maar dat kleine beetje CO2 heeft ontzettend veel effect, zegt NOS-weerman en klimaatwetenschapper Peter Kuipers Munneke (Universiteit Utrecht): „Onze aarde wordt verwarmd door de zon. In de avond staat de aarde die warmte ook weer af, maar in plaats van dat al die energie weer terug de ruimte in vliegt, wordt een deel tegengehouden door CO2. En hoe meer CO2 er is, hoe meer warmte de aarde vasthoudt.”
Dat tegenhouden op zich is niet de reden waarom de aarde opwarmt. Maar wel dat CO2 na verloop van tijd die warmte weer loslaat. ,,Die warmte gaat dan alle kanten op. Niet alleen verder de ruimte in, maar voor een deel ook terug naar de aarde,” aldus Kuipers Munneke. „Dat is dus warmtestraling die eerst door de aarde is teruggekaatst en de aarde eigenlijk zou verlaten. Maar nu door CO2 is tegengehouden en daarna nóg een keer op de aarde terechtkomt.”
Dat tegenhouden en loslaten van warmte doet CO2 doordat het op een bepaalde manier is opgebouwd. ,,Een molecuul CO2 bestaat uit een zuurstofatoom waar als een soort armpjes twee koolstofatomen aan vast zitten. Als daar warmtestraling tegenaan komt, gaat het molecuul vanzelf trillen. De stralingsenergie verandert dan dus in bewegingsenergie. Maar op een gegeven moment stopt die trilling. Dan wordt die bewegingsenergie weer stralingsenergie, en die gaat dus alle kanten op, óók terug naar de aarde.”
In tegenstelling tot CO2 bestaan stikstof- en zuurstofmoleculen niet uit drie maar slechts uit twee atomen. Daar heeft de warmtestraling geen effect op: ze gaan niet trillen. Daarom spelen die gassen geen rol in de opwarming van de aarde.

CO2, een molecuul bestaande uit één koolstofatoom en twee zuurstofatomen, vertoont drie primaire trillingspatronen: symmetrisch uitrekken (V1), asymmetrisch uitrekken (V3) en buigen (V2). Deze trillingen zijn niet zomaar willekeurige bewegingen, maar zijn specifieke manieren waarop het molecuul infrarode straling van de zon kan absorberen en opnieuw kan uitzenden. Het unieke aspect van het vermogen van CO2 om als broeikasgas te fungeren ligt in een kwantummechanisch fenomeen dat bekend staat als Fermi-resonantie.

Fermi-resonantie treedt op als gevolg van een toevallige afstemming tussen twee van de trillingsmodi van CO2. Deze resonantie verbreedt effectief het spectrum van infraroodstraling dat CO2 kan absorberen, waardoor het vermogen om warmte vast te houden in de atmosfeer van de aarde wordt vergroot. De analogie van een slinger met twee gewichten verbonden door een touwtje illustreert hoe de vibratiemodi van CO2 elkaars beweging kunnen versterken, wat leidt tot een verhoogde absorptie van infraroodstraling.

Ondanks dat CO2 slechts een klein deel van de atmosfeer van de aarde uitmaakt (ongeveer 0,04 procent), maakt het krachtige vermogen om infraroodstraling te absorberen en opnieuw uit te zenden het tot een cruciale speler in het broeikaseffect.

Dit effect wordt nog versterkt door het feit dat CO2-moleculen, eenmaal aangeslagen door infraroodstraling, de energie in alle richtingen opnieuw kunnen uitzenden, ook terug naar het aardoppervlak, waardoor extra warmte effectief wordt vastgehouden.

De titel is niet te begrijpen.
Wat bedoel je met de quantum ?

efdee schreef: ↑vr 15 mar 2024, 15:33 De titel is niet te begrijpen.
Wat bedoel je met de quantum ?

De oorzaak van opwarming van het klimaat is volgens het IPCC de uitstoot van CO2. Dit punt wordt door veel mensen ontkend. De redenering is dan dat de atmosfeer voor slechts 0.04% uit CO2 bestaat. O2 en N2 samen maken 78% + 21% = 99 % uit van de atmosfeer en dan zou CO2 met zijn 0.04 % iets doen?

Echter zoals je al kan zien uit de formule is CO2 anders chemisch opgebouwd dan zuurstof en stikstof. CO2 bestaat uit een C atoom met 2 armpjes met aan elke kant een O atoom. Deze constructie is zeer gevoelig voor quantum effecten. Hoe dan ook door quantumeffecten vibreert het CO2 atoom en zorg voor een broeikaseffect ook met een hele kleine hoeveelheid.

Quantum Phenomenon Explains Tiny Molecule's Huge Impact on Global Warming
https://www.sciencealert.com/quantum-ph ... al-warming

sensor schreef: ↑za 16 mar 2024, 17:22 De oorzaak van opwarming van het klimaat is volgens het IPCC de uitstoot van CO2. Dit punt wordt door veel mensen ontkend. De redenering is dan dat de atmosfeer voor slechts 0.04% uit CO2 bestaat. O2 en N2 samen maken 78% + 21% = 99 % uit van de atmosfeer en dan zou CO2 met zijn 0.04 % iets doen?

Echter zoals je al kan zien uit de formule is CO2 anders chemisch opgebouwd dan zuurstof en stikstof. CO2 bestaat uit een C atoom met 2 armpjes met aan elke kant een O atoom. Deze constructie is zeer gevoelig voor quantum effecten. Hoe dan ook door quantumeffecten vibreert het CO2 atoom en zorg voor een broeikaseffect ook met een hele kleine hoeveelheid.

Maar dat heeft met kwantum niet zoveel van doen. De oorzaak van het verschil tussen N₂ en O₂ enerzijds en CO₂ anderzijds zit hem in het feit dat CO₂ is de opgebouwd uit verschillende atomen, niet zozeer of het er 2 of 3 zijn en ook niet hoe die ruimte georiënteerd zitten.

De absorptiebanden van CO₂ kun je zelfs grotendeels klassiek berekenen, door het te beschrijven als een harmonische oscillator. Kwantummechanica verklaart wel veel beter de precieze intensiteit van de absorpties, ook vanwege de Fermi resonantie, die geen klassieke tegenhanger heeft. Maar met enkel de klassieke berekening zou je nog steeds concluderen dat CO₂[chem] wél, en [chem]N₂ en O₂ géén IR absorberen.

Maar in het algemeen denk ik dat klimaatontkenners helemaal niet gevoelig zijn voor dit soort argumentatie. Meestal beginnen ze dan snel over iets anders, waarbij "maar het warmt helemaal niet op" en "het was hartstikke koud deze winter" favoriet zijn.

Marko schreef: ↑ma 18 mar 2024, 09:05 Maar in het algemeen denk ik dat klimaatontkenners helemaal niet gevoelig zijn voor dit soort argumentatie. Meestal beginnen ze dan snel over iets anders, waarbij "maar het warmt helemaal niet op" en "het was hartstikke koud deze winter" favoriet zijn.

Precies, helemaal mee eens!

De meeste klimaatontkenners zijn mensen die sowieso niet naar wetenschappers willen luisteren, dus die zullen hun visie al helemaal niet gaan bijstellen op basis van quantummechanische argumenten.

Het is natuurlijk leuk en wetenschappelijk interessant te weten wat de oorzaak is dat CO₂ een deel van de infrarood straling absorbeert maar die kennis was er al voor de verklaring, simpel door meten.
Ook de gevolgen werden al voorzien: [Wikipedia]

Marko schreef: ↑ma 18 mar 2024, 09:05 [
Maar dat heeft met kwantum niet zoveel van doen. De oorzaak van het verschil tussen N₂ en O₂ enerzijds en CO₂ anderzijds zit hem in het feit dat CO₂ is de opgebouwd uit verschillende atomen, niet zozeer of het er 2 of 3 zijn en ook niet hoe die ruimte georiënteerd zitten.

De absorptiebanden van CO₂ kun je zelfs grotendeels klassiek berekenen, door het te beschrijven als een harmonische oscillator.

De harmonische oscillator is prima te beschrijven vanuit de quantum theorie. Een molecule is tenslotte geen massaveer systeem. De beschrijving met een harmonische oscillator is niet een doorslaggevend argument voor de bewering dat een systeem klassiek is.

sensor schreef: ↑ma 18 mar 2024, 16:33 De harmonische oscillator is prima te beschrijven vanuit de quantum theorie. Een molecule is tenslotte geen massaveer systeem. De beschrijving met een harmonische oscillator is niet een doorslaggevend argument voor de bewering dat een systeem klassiek is.

Ieder systeem is natuurlijk fundamenteel een kwantumsysteem. Maar soms, zelfs vaak, kan je iets heel goed benaderen met klassieke natuurkunde.

sensor schreef: ↑ma 18 mar 2024, 16:33

Marko schreef: ↑ma 18 mar 2024, 09:05 [
Maar dat heeft met kwantum niet zoveel van doen. De oorzaak van het verschil tussen N₂ en O₂ enerzijds en CO₂ anderzijds zit hem in het feit dat CO₂ is de opgebouwd uit verschillende atomen, niet zozeer of het er 2 of 3 zijn en ook niet hoe die ruimte georiënteerd zitten.

De absorptiebanden van CO₂ kun je zelfs grotendeels klassiek berekenen, door het te beschrijven als een harmonische oscillator.

De harmonische oscillator is prima te beschrijven vanuit de quantum theorie. Een molecule is tenslotte geen massaveer systeem. De beschrijving met een harmonische oscillator is niet een doorslaggevend argument voor de bewering dat een systeem klassiek is.

Ik zeg toch ook niet dat het kwantummechanisch niet kan en dat het klassiek moet? Alleen dat het niet hoeft en dat er geen specifieke kwantumoorzaak is. Aan IR absorptie ligt principieel een verandering van het dipoolmoment ten gevolge van vibraties (en rotaties) van de moleculen ten grondslag. Dat is klassiek elektromagnetisme.

Weet je de frequentie waarmee dat dipoolmoment verandert, dan weet je ook de frequentie van de elektromagnetische straling die zal worden geabsorbeerd. En die frequentie(s) kun je klassiek berekenen, precies door de moleculen wél te beschouwen als een massaveersysteem. Het enige dat je nodig hebt is de veerconstante (die kan worden afgeleid uit de bindingsenergie) en de bindingslengte, die beide vrijwel direct zijn te meten.

Bovenstaande exercitie is een standaard eerstejaars sommetje bij lessen fysische chemie. Althans, dat was het ooit. Normgaal gesproken als inleiding voor de kwantummechanische aanpak. Wat kwantummechanica toevoegt is een betere beschrijving van de precieze energieniveaus, toegestane overgangen en nog wat fijne details, waardoor je, als je dat zou willen, het spectrum veel preciezer kunt voorspellen. Als je dat zou willen, want je kunt het ook gewoon meten, en dan weet je het precies.

Math-E-Mad-X schreef: ↑ma 18 mar 2024, 11:56

Marko schreef: ↑ma 18 mar 2024, 09:05 Maar in het algemeen denk ik dat klimaatontkenners helemaal niet gevoelig zijn voor dit soort argumentatie. Meestal beginnen ze dan snel over iets anders, waarbij "maar het warmt helemaal niet op" en "het was hartstikke koud deze winter" favoriet zijn.

Precies, helemaal mee eens!

De meeste klimaatontkenners zijn mensen die sowieso niet naar wetenschappers willen luisteren, dus die zullen hun visie al helemaal niet gaan bijstellen op basis van quantummechanische argumenten.

Laat ik een voorbeeld geven van de argumentatie van een bekend klimaatontkenner zoals Ferdinand Meeus. Hij zegt letterlijk dat er maar 0.04% CO2 in de lucht zit. Daar heeft hij natuurlijk gelijk in, hij is tenslotte wetenschapper maar hij zegt er niet bij dat deze hoeveelheid ook een groot effect kan hebben.

Natuurlijk zegt hij dat er niet bij, en dat is precies het hele probleem. Degenen die dit soort dingen publiceren weten het donders goed maar laten het bewust weg. Degenen die dit soort dingen graag lezen, zijn er doorgaans niet geïnteresseerd.

Voor beide groepen heeft het geen nut om de kwantummechanische beschrijving van de IR-absorptie van CO₂ uit de doeken te doen.

Blijft nog een derde groep over: geïnteresseerde leken. Voor die groep moet je je afvragen of je kwantummechanica erbij moet halen, of dat je kunt volstaan met een houtje-touwtje uitleg.

Gezien een aantal andere topics die je hebt geplaatst lijkt het of je op zoek bent naar praktijkvoorbeelden waar kwantummechanische effecten een belangrijke rol spelen. Ik denk dat dat hier niet zo sterk het geval is.

sensor schreef: ↑ma 18 mar 2024, 23:10 Laat ik een voorbeeld geven van de argumentatie van een bekend klimaatontkenner zoals Ferdinand Meeus. Hij zegt letterlijk dat er maar 0.04% CO2 in de lucht zit. Daar heeft hij natuurlijk gelijk in, hij is tenslotte wetenschapper

Nou, 'natuurlijk'... Het meeste wat hij uitkraamt klopt van geen kant. Het is dan ook geen wetenschapper met een opleiding of onderzoekservaring op dit gebied.

sensor schreef: ↑ma 18 mar 2024, 23:10 ...maar hij zegt er niet bij dat deze hoeveelheid ook een groot effect kan hebben.

Een kruk, zelfs als 'klimaatontkenner', dus. De meeste erkennen wel dat het ook in kleine concentraties IR absorbeert en komen dan met heel wat subtielere misleidingen.

Marko schreef: ↑di 19 mar 2024, 09:10 ...

Blijft nog een derde groep over: geïnteresseerde leken. Voor die groep moet je je afvragen of je kwantummechanica erbij moet halen, of dat je kunt volstaan met een houtje-touwtje uitleg.

...

Ik ben zo'n geïnteresseerde leek en voor mij is kwantummechanica eigenlijk gewoon maar een theorie die zich bezig houdt met de beweging van kleine deeltjes. Vaak is wikikids voor mij als alfa al te moeilijk. Dus een houtje-touwtje uitleg is wat ik nodig heb en wat ik kan begrijpen.

CH₄ = methaan = aardgas = moerasgas is ook zo'n broeikasgas.
In de bevroren toendra-grond zit onwijs veel methaan.
Heel langzaam smelt de permafrost waardoor methaan ontsnapt.
Dat proces leidt tot een versnelde opwarming van de aarde!
Mogelijk is dat af te remmen door het 'af te vangen' in containers.
Verbranden helpt niets, want dan krijg je CO₂ en H₂O.

Ook waterdamp is een broeikasgas. Verdampende oceanen hebben we helemaal niet in de hand.