Является ли атмосферное давление причиной температуры поверхности планеты или температура является причиной атмосферного давления планеты?

Я слышал, как климатолог в ток-шоу сказал, что один из широко известных аргументов, используемых учеными-климатологами для иллюстрации того, что безудержный парниковый эффект может повлиять на температуру и климат Земли (сравнение с атмосферой Венеры), по сути, является фарсом.

Он утверждал, что высокая температура поверхности Венеры (которая превышает 400ºC) вызвана в основном ее высоким поверхностным давлением (которое более чем в 90 раз выше, чем у Земли) и что так называемый «вклад парникового эффекта» в эту температуру был «незначителен» или просто "не существует". Он упомянул закон идеального газа, чтобы «доказать» свой аргумент, сказав, что температура растет пропорционально давлению (что, конечно, верно для идеального газа). И это в значительной степени определило ход его мыслей.

Это заставило меня задуматься, и я пытаюсь придумать аргументацию, которая опровергает его аргумент. Сначала я думал, что нельзя просто применить закон идеального газа к атмосфере Венеры, так как молярная плотность на поверхности слишком высока и что следует использовать больше членов вириального расширения, чтобы объяснить поведение давления вблизи атмосферы. поверхность. Однако, даже если это верно, его аргумент остается бесспорным, поскольку главный член разложения по-прежнему является членом «идеального газа».

Потом я понял, что его оплошность, возможно, заключалась в причинно-следственной связи, которую он пытался установить между давлением и температурой. На самом деле уравнение состояния ничего не говорит нам о причинно-следственной связи: оно только устанавливает связь между различными переменными состояния, описывающими систему. Это возвращает нас к моему вопросу: действительно ли высокое давление Венеры на поверхности является фактором, ответственным за ее высокую температуру поверхности, или наоборот, или, может быть, даже сочетанием того и другого?

Чтобы лучше прояснить мои мысли, представьте себе следующее: если мы возьмем Венеру и поместим ее за пределы Солнечной системы, где ее воздействие солнечной радиации будет незначительным, я думаю, мы можем согласиться с тем, что ее температура резко понизится. Теперь я знаю, что большая часть ее атмосферы затвердеет в таких условиях, но вопрос в том, останется ли прежним давление на тот же слой материи, где раньше находилась поверхность планеты? Нет. Значит, это говорит нам о том, что именно температура планеты определяет ее давление?

С другой стороны, я также знаю, что давление на поверхности является просто функцией того, сколько вещества (газа) находится над ней (здесь нет четкой связи с температурой).

Я добрался до этого перекрестка и, кажется, не могу установить никакой четкой причинно-следственной связи между давлением и температурой. Я иду в правильном направлении, или я просто ошибаюсь, а климатолог прав, когда делает свое утверждение?

Недостаточно времени, чтобы ответить, поэтому пара быстрых комментариев. Во-первых, фраза «не верь всему, что видишь в интернете» в N-й степени относится к тому, что ты слышишь по радио правых. Был ли это действительно климатолог или очередной шарлатан, который утверждает, что он климатолог? Отрицание существования парникового эффекта — чистое шарлатанство. То, что парниковый эффект должен существовать, является фундаментальной наукой об атмосфере. Более того, без этого эффекта температура поверхности Земли была бы 255 кельвинов. Жизнь на Земле зависит от существования парникового эффекта.
См. также Stack Overflow на русском .
Я знаю, что трудно смириться с тем, что этот парень настоящий климатолог, но это правда. Он профессор известного университета в Бразилии. Однако его резюме посредственное, и я почти уверен, что его коллеги не совсем согласны с ним. И да, я читал книгу по физике атмосферы и понял, что единственный способ объяснить эти дополнительные 30К глобальной температуры — это включить в картину парниковый эффект.

Ответы (4)

Ну, сначала проясню некоторые вещи в науке об атмосфере, или, точнее: если вы сделаете математику... ваши единственные свободные переменные - это плотность и температура. Уравнение состояния, которое дает вам давление, является материальным свойством.

Уравнения для атмосферных переменных взаимосвязаны в любой момент, бессмысленно говорить , что P вызывает T или T вызывает P. Вы могли бы понять это, только если бы у вас было конкретное изменение T из-за какого-то радиационного эффекта или изменение P из-за сокращения.

Дело здесь в том, что ваш «климатолог» не понимает, что содержание энергии в атмосферном слое всегда находится в движении. Если Ф ты п "=" Ф г о ж н тогда это "=" о А Т 4 .

Однако, чтобы достичь высокого состояния равновесного потока (имеется в виду: достичь высокого T!), у вас должен быть механизм, чтобы каким-то образом сдерживать этот поток, и это достигается путем натягивания одеяла на вашу атмосферу (парниковый эффект). Это приводит к тому, что некоторый первоначальный поток никогда не сможет уйти.

Итак, подведем итог : уравнение состояния верно в любой момент, но не объясняет, как все тепло попало туда или осталось там. Вы должны посмотреть на тепловую историю Венеры или интересующего тела, чтобы понять, как туда попало тепло. (и тепловая история означает решение вышеупомянутых уравнений, включая радиационные окна и т. д., которые этот парень игнорирует.)

Скажи мне, если хочешь, чтобы я все прояснил.

Спасибо, что развеяли мою путаницу. У меня есть еще один вопрос: вы сказали, что уравнение состояния, которое дает давление, является свойством материала. И что единственными свободными переменными являются плотность и температура. Означает ли это, что давление и температура не связаны уравнением состояния, а давление зависит только от свойств материала? "Константа"? Что это за уравнение состояния? Или давление зависит от свойств материала через плотность и температуру, как в законе идеального газа? Извините, но я этого не понял.
Я имел в виду, что п "=" п ( р , Т ) , давление есть некоторая функциональная зависимость р и Т . Эта функция останется неизменной для всего р − Т -пространство, которое не нарушает предположений, использованных для вывода п ( р , Т ) . Конкретным примером может служить справедливость закона идеального газа, если у вас есть упругие столкновения и большие длины свободного пробега. Это нарушается вырождением ee при высоких плотностях.
Я бы хотел изменить мысленный эксперимент Дэвида для пояснения: возьмем две идентичные планеты, одну с парниковым (G) слоем высоко в атмосфере, другую без (W). G сохранит свою энергетическую ценность. W будет излучать свою энергию, свободную температуру. Это повысит плотность, снова увеличив P. Но из-за этой петли обратной связи, в зависимости от того, сколько энергии фактически потеряно, это может привести к чистому увеличению или уменьшению P, поэтому я считаю аргумент климатолога недействительным.
@AtmosphericPrisonEscape в движущейся системе, да. Если вы начнете с атмосферы, которая рассредоточена, и позволите ей упасть ближе к поверхности планеты, это падение создаст тепло, но вы не продумываете все до конца. Атмосферы и то, насколько они распределены, связаны с равновесием температуры, давления и гравитации, как и у звезд, если вы удалите парниковый газ, планета будет медленно охлаждаться и медленно сжиматься, поскольку она теряет тепло, чему будет соответствовать сжатие. что. В теоретическом удалении парниковых газов нет события, которое привело бы к нагреву.

(Я прочитал только первый абзац вопроса)

Давление атмосферы Венеры примерно в 90 раз больше, чем на Земле. Кроме того, она примерно в 90 раз более плотная, чем на Земле. Совпадение? Нет. Плотность является причиной такого высокого давления.

Если бы вы опустились на 1 км в один из наших океанов, давление было бы сравнимо с атмосферой Венеры. И все же температура океана не несколько сотен градусов, не так ли? Причиной высокой температуры на Венере является парниковый эффект.

Неправильный! Разница температур на глубине 1 км в океане и на Венере обусловлена ​​адиабатическим градиентом температуры. Представьте себе адиабатический градиент температуры как скорость и, следовательно, температуру, добавляемую к молекуле, когда она падает в гравитационном поле.
@DavidJonsson Какую часть моего ответа вы считаете неправильной? Мой последний абзац просто указывает на то, что давление не определяет температуру, приводя пример двух систем с одинаковым давлением, но разными температурами.

Я смотрю на вопрос таким образом, и это очень просто.

Что происходит, когда вы накачиваете велосипедную шину? ... нагревается, потому что над воздухом совершается работа по его сжатию в шину. Вы оставляете его, когда закончите. Он остывает. Воздух все еще находится под давлением (нормально, немного меньше при охлаждении). Почему круто - потому что в эфире больше НЕ ведется работа. Но он все еще находится под высоким давлением. Работа, проделанная над атмосферой за счет ее сжатия из-за массы / гравитации, является ОДНИМ событием, и НЕ удерживается этим процессом. Точно так же ваша велосипедная шина не остается вечно горячей.

Ваш бразильский профессор отчасти прав: высокие температуры на поверхности Венеры частично связаны с высоким давлением на ее поверхности. Но этого недостаточно, чтобы объяснить общую температуру. Другими факторами являются то, что Венера намного ближе к Солнцу, чем Земля, и, конечно же, парниковый эффект.

В качестве мысленного эксперимента, если вы возьмете две планеты, которые были бы идентичны во всех отношениях, за исключением того, что у одной была более плотная атмосфера, чем у другой, у той, у которой более плотная атмосфера, была бы более высокая температура поверхности, чем у ее близнеца, даже если глобальное потепление не было фактором. . Это связано с тем, что более высокое давление приводит к более высокой температуре, и это объясняет, почему у подножия Эвереста жарче, чем на вершине.

Я думаю, что часть проблемы заключается в том, что большинство людей не понимают, как на самом деле работает парниковый эффект. Вот краткое объяснение: газы, которые считаются «парниковыми», прозрачны на пиковых длинах волн, которые излучает Солнце, так что энергия проходит через атмосферу относительно невредимой и нагревает поверхность Земли. Земля избавляется от этой энергии, повторно излучая ее обратно в космос в виде излучения черного тела. Но это повторное излучение происходит на гораздо более длинных волнах (в инфракрасном диапазоне), на которых парниковые газы непрозрачны. (Непарниковые газы прозрачны как на входящей, так и на исходящей длинах волн). Это не вопрос спекуляций: вы можете взять контейнер, наполненный метаном или углекислым газом, и измерить его прозрачность как функцию длины волны в любой хорошо оборудованной лаборатории в мире. Мы точно знаем, сколько дополнительной энергии задерживается в атмосфере из-за этих газов. Единственный спор (среди тех, кто разбирается в науке) заключается в том, каковы будут последствия для климата, океанских течений, уровня моря и т. д., и как быстро эти изменения произойдут.

Я понимаю объяснение парникового эффекта, так как я только что сделал здесь математику. Мне удалось получить среднюю глобальную температуру 286 К, учитывая высокий коэффициент пропускания коротких волн (0,9) и низкий коэффициент пропускания длинных волн (0,2), как и следовало ожидать для атмосферы парниковых газов. Эта часть теперь ясна. Тем не менее, высокая температура из-за высокого давления еще не ясна. Я должен согласиться, что ваш аргумент мысленного эксперимента очень убедителен. Однако, разве все не работает так, как лимон, указанный выше: нет ли изменения плотности, которое компенсирует влияние давления на температуру?
Думаю, я не понимаю аргумент лимона. Давление в нижней части атмосферы обусловлено весом воздуха над ним, и этот вес сжимает воздух до наблюдаемой плотности. Лемон прав, что спуск в океан повысит давление, а не температуру. Но это потому, что океан не газ. Если вы наполните воздушный шар воздухом и опустите его на 1 км в океан, его давление, плотность и температура действительно возрастут в соответствии с законом идеального газа (при условии, что стенки воздушного шара изолированы, чтобы предотвратить охлаждение при контакте с водой). .
Является ли атмосферное давление причиной температуры поверхности планеты или температура является причиной атмосферного давления планеты?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v