Sommige inzichten in het weer en het klimaat zijn oeroud. Ze gaan terug tot Meteorologica van Aristoteles, of nog veel verder. Maar kennis van veranderingen van het klimaat is veel recenter, zeker als het over veranderingen op wereldschaal gaat. Het fundament onder die kennis werd precies 200 jaar geleden gelegd, door Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 – 1830). Die publiceerde in 1824 zijn artikel ‘Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires’ (Annales de Chimie et de Physique, 27 (1824) 136–67; in 1837 in het Engels vertaald door Ebeneser Burgess. Merkwaardig genoeg bleef een nieuwe versie van het artikel uit 1827 met enkele kleine correcties en uitwerkingen ruim een eeuw lang onvertaald, maar wordt tegenwoordig juist dat latere artikel vaak genoemd als eerste beschrijving van het broeikaseffect). Fourier was op zoek naar kennis over warmte en had daarbij in de loop van de tijd al het een en ander geschreven over de temperatuur van het aardoppervlak, en de factoren die daarop van invloed zijn. In 1824 zette hij zijn ideeën hierover (min of meer) overzichtelijk bij elkaar. Twee van die inzichten zijn van groot belang voor de hedendaagse natuurwetenschappelijke kennis van de werking van het klimaat op planetaire schaal.
Fourier was van eenvoudige afkomst en werd op jonge leeftijd wees. Hij werd opgeleid bij de Benedictijnen en wilde intreden in die kloosterorde. Daar is het nooit van gekomen. In het roerige politieke klimaat van het Frankrijk van zijn tijd kwam hij in allerlei andere functies terecht, vaak tegen wil en dank: leraar, diplomaat, geheim agent en politicus. Hij was twee keer in zijn leven politiek gevangene, was bevriend met Napoleon, kreeg de titel van baron en raakte die een paar jaar later weer kwijt. Een saai leven kun je het niet noemen.
We kennen Fourier vooral als wiskundige en natuurkundige. Zijn echte interesses en ambities lagen dan ook in de wetenschap. Hij hoopte de geschiedenis in te gaan als de ‘Newton van warmte’. Dat is niet helemaal gelukt, al heeft hij met de naar hem genoemde wet over geleiding van warmte wel degelijk een bijdrage van betekenis geleverd aan de wetenschappelijke kennis daarover. Aan de hand van die wet kon hij uitrekenen dat aardwarmte die naar het oppervlak komt een verwaarloosbare invloed heeft op het klimaat van de aarde. Een onbeduidende klimaatwetenschappelijke conclusie is dat allerminst. Maar het is niet het fundamentele inzicht waar het hier over gaat, ook al is een groot deel van het artikel uit 1824 gewijd aan beschouwingen over geleiding. Bij al zijn rekenarij aan geleiding van warmte ontwikkelde hij de wiskundige techniek waar hij zijn grootste bekendheid aan dankt: de Fourier-analyse.
Het grote belang van Fourier voor de klimaatwetenschap is het nieuwe perspectief dat hij koos. Hij keek niet naar het klimaat zoals wij, aardbewoners, gewend zijn om dat te doen, afgaand op onze eigen waarnemingen van kou en warmte, zonneschijn en bewolking, neerslag en droogte. Fourier vertrok in gedachten van de aarde om de planeet vanop een afstandje in zijn geheel te bekijken. Die planeet wisselt energie uit met zijn omgeving; maar omdat die omgeving uit lege ruimte bestaat, kan dat alleen in de vorm van straling. Dat is namelijk de enige vorm van energie die zich door lege ruimte kan bewegen.
De aarde ontvangt straling van de zon en zendt warmtestraling uit naar het heelal. We hebben een stabiel klimaat als die twee gelijk zijn aan elkaar. Ofwel, als de stralingsbalans in evenwicht is. Is er geen evenwicht, dan warmt de planeet op, of koelt hij af. Het is niet helemaal wat Fourier concludeerde, want hij meende dat het licht van de sterren mogelijk ook nog wat hielp om de aarde te verwarmen. Maar dat doet niets af aan het belang van het fundamentele inzicht dat opwarming of afkoeling van de aarde alleen te verklaren is via de stralingsbalans.
Wie de planeet van een afstand bekijkt, ziet het laagje lucht dat het aardoppervlak scheidt van de lege ruimte. Zonlicht moet daar doorheen om het aardoppervlak te bereiken, en warmtestraling eveneens, om vanaf het aardoppervlak te ontsnappen naar het heelal. Fourier bedacht dat dat invloed zou kunnen hebben op de stralingsbalans, en daarmee op de temperatuur van het aardoppervlak. Hij wist dat glas wel transparant is voor zonlicht, maar niet voor warmtestraling. En als dat voor glas geldt, waarom dan niet voor de aardatmosfeer? Het is hypothese van het broeikaseffect, al dateert die term van lang na Fourier. Het maakt hem niet echt tot de ontdekker ervan, zoals wel eens wordt gezegd. Hij formuleerde weliswaar de hypothese, maar kon die niet bewijzen.
Fourier leek niet al te veel belang te hechten aan zijn hypothese. Hij meende dat het licht van de talloze sterren, in zijn woorden: de temperatuur van het heelal, belangrijker was voor het klimaat op aarde. Het is hem niet aan te rekenen. Er waren nog niet eens betrouwbare metingen van de hoeveelheid zonlicht die de aarde ontvangt. Die werden ruim een decennium later voor het eerst gedaan, door Claude Pouillet. Die vermeldde, zoals veel anderen na hem, Fourier als belangrijke inspiratiebron. De aard van wat we tegenwoordig elektromagnetische straling noemen was ook nog een groot mysterie. Dat warmtestraling en licht eenzelfde soort straling vormen was wel bekend; dat was in 1800 ontdekt door William Herschel.
Het inzicht dat de stralingsbalans bepalend is voor klimaatveranderingen op wereldschaal is zo evident, dat het snel werd geaccepteerd in de wetenschappelijke wereld. Een even snelle acceptatie van het broeikaseffect volgde zo’n 40 jaar later, dankzij de experimenten van John Tyndall. Toen werd ook duidelijk welke gassen bijdragen aan dat effect. Het belang van CO2 en waterdamp voor het klimaat had al iets eerder bekend kunnen zijn, als de experimenten van Eunice Newton Foote door de wetenschappelijke wereld destijds op waarde waren geschat. De wetenschappelijke discussie over de mogelijke bijdrage van broeikasgassen aan klimaatveranderingen, of die nu van natuurlijke of menselijke aard zijn, kende een veel woeliger verloop. Die discussie werd pas diep in de twintigste eeuw beslecht.
Klimaatverandering 
Bijzonder dat wist ik niet. Ik ken alleen zijn grote belang in de Fourieranalyse en van daaruit Fast Fourier Transforms en het met behulp van Fourier het berekenen van de autocorrelatie tussen gediscretiseerde signalen. Uit zijn theorie kwam ook de Laplacetransformatie en Z-transformatie voort. Zonder deze toepassingen kan de digitale signaalanalyse en mechatronica niet werken.
LikeLike
Pieter,
Als ik het goed begrijp worden Fouriertransformaties (of daaraan verwante technieken) ook veel toegepast bij datacompressie. In zekere zin is de grondlegger van de moderne klimaatwetenschap dus ook de grondlegger van mp3’s en JPEG’s.
LikeLike
Hans, klein puntje:
(Straling) Dat is namelijk de enige vorm van energie die zich door lege ruimte kan bewegen.
Er is ook kinetische energie, inclusief rotatie energie. Die wisselt de aarde met de zon en vooral de maan uit.
LikeLike
Op andere hemellichamen kunnen getijdekrachten zoveel energie opleveren dat hele ondergrondse oceanen vloeibaar worden gehouden. Europa bijvoorbeeld:
> The predominant model suggests that heat from tidal flexing causes the ocean to remain liquid
https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_(moon)
LikeLike
Dirk,
Ja, dat is waar. Maar is het niet eigenlijk een uitwisseling van gravitatie-energie? Ofwel: dissipatie van potentiële energie?
LikeLike
Toevallig komt dit cijfer net voorbij in een boek dat ik zit te lezen: de zon levert 99,975 % van de energie die het aardoppervlak krijgt en alle andere bronnen samen (geothermie, nucleair verval, getijden, kosmische straling) dus 0,025 %.
LikeLike
Dag Dirk,
Deze energie wordt, via de getijdenwerking en de wrijving van het oceaanwater en de dampkring met de bodem, gedissipeerd naar warmte op Aarde. Voor een klein deel kunnen we dit ook gebruiken om elektriciteit op te wekken met getijdencentrales.
Deze Wikipedia pagina geeft aan dat er 3,64 terawatt vanuit de kinetische energie van de aardrotatie dissipeert naar wrijvingswarmte op Aarde. En als ik me niet vergis is het totale vermogen zonlicht -> Aarde zo’n 122 x 10^15 Watt ofwel 122000 terawatt.
De getijdenwerking draagt daarmee ca. 3,64/122000 = 0,003% bij aan het energiebudget van de Aarde. De overige 99,997% komt dan van het binnenkomende zonlicht.
Het effect op de aardrotatie is dat deze geleidelijk afneemt, de lengte van de dag neemt toe. Tegelijkertijd verliest de maan kinetische energie maar wint 2 x zoveel aan potentiële energie doordat de afstand Aarde – Maan geleidelijk toeneemt.
PS: Zoals Hans al schrijft is er ook nog iets aan geothermie door het verval van radioactieve elementen in de aardkorst, en iets aan kosmische straling. Allebei zeer gering t.o.v. het zonlicht maar toch goed om te vermelden.
LikeLike
Hans, Bob,
inderdaad, voor de aarde is die bijdrage verwaarloosbaar, ik wist niet hoe verwaarloosbaar, bedankt voor die 0,003% Bob.
Maar op Europa zet het wel zoden aan de dijk.
Hans, goede vraag, er vindt uitwisseling plaats tussen kinetische energie en potentiële energie, zowel op de maan als op de aarde. De vraag is inderdaad of er netto op deze manier energie van maan naar aarde of omgekeerd kan vloeien.
Op basis van wat Bob schrijft(Tegelijkertijd verliest de maan kinetische energie maar wint 2 x zoveel aan potentiële energie) zou ik zeggen dat de maan netto energie van de aarde krijgt als potentiële energie.
Maar potentiële energie is een beetje moeilijk te localiseren: het systeem aarde-maan krijgt meer potentiële energie, je kunt niet zeggen dat die energie van de maan of van de aarde is.
Ik kom er niet goed uit …
Maar het is voor het oorspronkelijke argument in het blogstuk ook helemaal niet belangrijk.
LikeLike
Dirk,
Inderdaad voor de aarde van weinig belang, maar naarmate planeten verder van de zon staan kan het belang van andere energiebronnen natuurlijk toenemen.
En om toch nog even terug te komen op het eigenlijke punt: ik denk dat de energie zich in dit geval via gravitatiekrachten door de lege ruimte verplaatst. Omzetting van of naar andere vormen van energie vindt plaats op de planeet of de satelliet zelf. De conclusie is dan dat energie zich niet alleen in de vorm van straling, maar ook via gravitatiekrachten door de lege ruimte kan verplaatsen. Voor de volledigheid is dat toch wel een goede aanvulling op mijn verhaal.
LikeLike
Hans, inderdaad.
Nog een kleine aanvulling met dank aan Wikipedia: in de geschiedenis van de aarde is er mogelijk een periode van 100 miljoen jaar geweest waarbij de getijdekrachten door de maan een opwarming van 5 graden hebben opgeleverd.
> Heller et al. (2021) estimated that shortly after the Moon was formed, when the Moon orbited 10-15 times closer to Earth than it does now, tidal heating might have contributed ~10 W/m2 of heating over perhaps 100 million years, and that this could have accounted for a temperature increase of up to 5°C on the early Earth
https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_heating
LikeLike
Interessante aanvulling, Dirk, dank.
LikeLike
Hans,
Mooi en informatief stuk. Fraai ook dat je een linkje geeft naar de Upanishaden en wat in die giga-canon bekokstoofd is. Als student overwoog ik met mijn jeugdige hybris te promoveren op een vergelijking van het Upanishaden wereldbeeld met dat van Spinoza. Het is er niet van gekomen.
Maar dit ter zijde en een vraag ter zake: kun je iets zeggen over de reden/aanleding van Fourier dat hij tot het ‘nieuwe perspectief’ kwam?
Je schrijft “Fourier vertrok in gedachten van de aarde om de planeet vanop een afstandje in zijn geheel te bekijken.” Is jou iets bekend over wat Foerier tot dat nieuwe perspectief bracht?
LikeLike
Dank je, Goff. De verwijzing naar de Upanishaden is te danken aan Jos. Die wees me erop, toen ik bezig was aan mijn boek.
Fourier wilde van wetenschap over warmte zijn levenswerk maken. Dat hij nadacht over hoe de warmte van de zon zich door het klimaatsysteem beweegt is daarom wel logisch. Het grootste deel van zijn artikel ging over hoe die warmte doordringt in de bodem. Vooral omdat er behoorlijk wat meetgegevens waren van het temperatuurverloop op verschillende dieptes in de bodem gedurende de seizoenen. Daar kon Fourier dus uitgebreid aan rekenen. En dat lag hem wel.
Dat hij ook wat verder nadacht over het klimaat is dan wel logisch. Een van de vragen die hij zichzelf stelde was hoe het kon dat het noordpoolgebied niet veel meer afkoelde in de winter, als daar helemaal geen zonlicht binnenkwam. Om daar een antwoord op te vinden moet je wel gaan zoeken in een groter geheel, om nog ergens een mogelijke energiebron te vinden. Of het precies zo gegaan is weet ik niet, maar het is goed denkbaar dat hij zo op het idee kwam om uit te zoomen naar de planetaire schaal.
LikeLike
Hans,
dat is inderdaad een denkbare verklaring voor Fourier’s perspectief-verschuiving.
Ik heb gegoogled en zie dat hij erg goed bekend was met het Oud-Egyptische cultuurgoed. Waaronder de Egyptische astronomie waarop de architectuur van de pyramiden (laatste rustplaats van de zonnegoden!) is gebaseerd. Ik kan me voorstellen dat die astronomische kennis heeft meegespeeld in zijn perspectief-wisseling. Voor zover ik kan nagaan heeft Fourier daar zelf niets over meegedeeld dus mijn opmerking is kristallenbolkijkerij.
Overigens is (het werk van) Fourier m.i. een schoolvoorbeeld van ‘toevalligheden’ waar voortschrijdend inzicht op surft.
En nu saluut schoten voor Jos ter bevestiging van je In Memoriam aan hem.
LikeGeliked door 1 persoon
Naar aanleiding van de discussie met Dirk bedacht ik me dat de aarde ook nog wat materie (en daarmee energie) uitwisselt met de ruimte. Er komt het een en ander aan stofdeeltjes binnen, en soms wat grotere brokken. En aan de andere kant ontsnapt er wel eens wat bovenaan de atmosfeer; vooral waterstof. Verwaarloosbare hoeveelheden energie natuurlijk, maar als we het beeld helemaal volledig willen hebben, hoort dit er ook bij.
LikeLike
En wat ik ook nog een interessante vraag vind, is: stel dat de zon opgebrand is, en net niet de aarde heeft opgeslokt in zijn laatste stadium. Hoe lang kan de aarde dan nog door op zijn inwendige warmte en radioactiviteit? Ofwel, hoe diep moet je onder de grond gaan om nog een miljard jaar op kamertemperatuur te kunnen vertoeven?
Weet jij dat, Bob?
LikeLike
Dirk,
Ik ben bang dat dat helemaal niet gaat lukken. Voor zover ik weet warmt de binnenkant van de aarde niet steeds meer op. Dat betekent dus dat er daar ongeveer net zoveel energie wordt opgewekt als er naar buiten lekt. En dat is maar een paar honderdsten van een procent van wat we van de zon krijgen.
Je zou die kernreacties dus op een of andere manier enorm op moeten schalen om het nog even uit te houden. Ik denk niet dat dat zomaar even lukt.
Dus laten we de tent maar gewoon sluiten, als de zon er plotseling mee op zou houden. Zonder zon is er wat mij betreft toch niet meer veel lol aan.
LikeLike
Hans,
er is nog steeds warmte productie onder de aardkorst. Die productie neemt wel af, maar dat gaat langzaam, dat zou nog best een paar miljard jaar kunnen duren.
Ondertussen gaat er weinig van die warmte verloren aan het aardoppervlak, dus het zal nog lang warm blijven in het binnenste van de aarde. Ik heb nog geen goede berekeningen gevonden, maar ondertussen wed ik erop dat een miljard jaar haalbaar is. Mogelijk moet je dan wel in de mantel afdalen.
Trouwens, de warmtestromingen tussen kern en korst zorgen wel voor vulkanisme en platentektoniek. Zonder dat zou door verwering steeds meer CO2 uit de atmosfeer verdwijnen. Nu komt er via vulkanisme steeds weer een voorraad bij.
Dus de warmtestromen maken het toch warmer op het aardoppervlak, maar niet door warmteafgifte, maar door via een truc (CO2-cyclus) meer zonnewarmte binnen te houden.
De aarde is een fascinerend systeem!
LikeLike
Dirk,
Die productie had ik al meegenomen in mijn redenering. Ik ging simpelweg uit van de wet van behoud van energie: als de temperatuur van het binnenste van de aarde niet verandert, moet de energieproductie gelijk zijn aan het verlies. En dat verlies is de warmte die naar het oppervlak komt: een minuscule hoeveelheid vergeleken met het zonlicht dat we ontvangen.
LikeLike
Sterker nog, zonder een gloeiend hete kern zouden we geen magnetisch veld hebben, en zou het leven op aarde op den duur onmogelijk geworden zijn. Die kern blijft zo heet door al die “kleine beetjes warmte” die geen zonnestraling zijn:
* de restant warmte van het ontstaan van de aarde
* de nucleaire energie van de radioactieve processen in de aarde
* de wrijvingsenergie door de getijdenwerking van zon en maan
Ironisch genoeg draagt de zonnestraling vrijwel niets bij aan het warm houden van de kern.
Dus, de warmte die nodig is voor het levensvatbaar houden van de aarde bestaat uit twee heel verschillende bronnen en reservoirs:
* de zon en zijn invloed op het oppervlak van de aarde
* al het andere en hun invloed op de kern/mantel van de aarde.
Zonder die hete kern zouden we geen mantel convectie hebben en geen platen tektoniek. Dat zou ons klimaat dramatisch veranderen, niet alleen vanwege de CO2 cyclus.
Waarschijnlijk zou de aarde of in een permanente ijstijd verkeren (als er op de polen altijd land zou zijn), of er zou nooit een ijstijd komen (als er op de polen geen land zou zijn).
Kortom, alle soorten warmte zijn cruciaal, ondanks de grote verschillen in hoeveelheid.
LikeLike
Hans,
jouw redenering klopt m.i. wel, maar de vraag is hoe lang het weglekken van die energie duurt. Er komt nog steeds energie bij, dus het netto weglekken is weinig, en de totale voorraad warmte is immens. Het is al miljarden jaren bezig en nog steeds is de kern 6000 graden. Zonder dat daar zonnestraling bijkomt.
LikeLike
Hier zie ik eindelijk iets serieus kwantitatiefs:
> which means that the Earth has cooled by ∼50–80 K for one billion years
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666759220300032
LikeLike
Dirk,
Ik zou zeggen dat dat mijn punt bevestigt: wat er wordt opgewekt door kernreacties (en ook nog een beetje door stollingswarmte) is ongeveer gelijk aan wat er weglekt aan energie. Want de temperatuur verandert niet zoveel. De opgewekte energie is dus in de verste verte niet genoeg om het hypothetische wegvallen van zonlicht te compenseren.
Je zou het dan bijna alleen moeten hebben van de warmte die al is opgeslagen in de aarde. Ik heb net even een nattevingerberekening gedaan, maar mezelf kennende moet ik die nog een keer overdoen met een wat frisser hoofd. De tussenstand is dat de totale opgeslagen energie in het binnenste van de aarde overeenkomt met wat we in een aantal eeuwen aan zonlicht krijgen.
LikeLike
Zeker. Maar die warmte is genoeg om het een aantal kilometers onder het aardoppervlak op 20% graden te houden. Miljarden jaren lang.
Wanneer mensen nadenken over wat we moeten als de zon niet meer schijnt, is de voornaamste gedachte die opkomt: interstellaire reizen maken. Maar in plaats van het lichtjaren verder weg te zoeken, kun je ook een paar (tientallen) kilometers naar beneden. Ik denk trouwens dat de technische uitdagingen vergelijkbaar zijn: life-support moet compleet op de schop.
Voor mij is de belangrijkste les dat de aardwarmte net zo essentieel voor het leven is als de zonnewarmte, en dat je je niet moet blindstaren op de hoeveelheden.
LikeLike
Dirk,
ik snap je niet goed.
Als de zon niet meer schijnt is er weliswaar nog heel lang energie IN de aarde maar toch geen leven OP de aarde dat life-support behoeft? Wie/wat kan afdalen richting aardkern zonder support van de zon? Maar wellicht bedoel je het louter als gedachtenexperiment om het geo-fysische belang van de hete aard-kern te onderstrepen?
Je zei eerder 30 juli 2024 om 20:18 | “alle soorten warmte zijn cruciaal, ondanks de grote verschillen in hoeveelheid.” Ik betwijfel dat omdat geo-fysisch opgeslagen en geo-fysisch geisoleerde hitte één ding is. Van een totaal andere orde is de inkomende zonnewarmte en zonnelicht per etmaal, per seizoen, per jaar, per eeuw, per milennium etc. en waar de organisatie van het leven OP aarde 100% van afhankelijk is.
Of zie ik iets niet wat jij wel ziet?
LikeLike
Dirk
nog een p.s.
Fourier, daar gaat het blogstuk over, had het over de energiebalans op het raakvlak aarde/heelal, niet over de energiebalans op het raakvlak aardkern/aardoppervlak.
LikeLike
Dirk,
Waarschijnlijk is de aarde al lang voordat de zon ermee ophoudt onbewoonbaar. De zon wordt in de loop van de tijd steeds feller en dat zal vermoedelijk op zeker moment een ‘runaway’ broeikaseffect in gang zetten. We gaan dan richting het klimaat van Venus.
Maar dat is ook nog vele miljoenen jaren van ons verwijderd. Tot die tijd moeten we eerst maar eens zien onze eigen destructieve neigingen onder controle te houden. En de planeer zal ook nog wel wat andere klappen te verduren krijgen: een grote meteorietinslag of een uitbarsting van een supervulkaan, bijvoorbeeld.
Goff,
Je p.s. klopt niet helemaal. Een groot deel van het artikel van Fourier bestond juist uit gereken aan de stroming van aardwarmte naar het oppervlak.
LikeLike
Goff:
de twee soorten warmte zijn: (A) geofysische warmte en (B) zonnestraling.
(A) komt binnen op het aardoppervlak, maar het dringt niet door het oppervlak heen (vrijwel niet)
(B) zit in de aarde, maar dringt slechts in zeer beperkte mate door tot het oppervlak.
Dit zijn gescheiden energiestromen/reservoirs.
Niet al het leven is van zonnestraling afhankelijk. In de diepe oceaan bij vulkanen heb je levensvormen die geen zonlicht nodig hebben. Mogelijk is er leven in de ondergrondse oceanen van satellieten van Jupiter/Saturnus, en veel verderop in het heelal.
De manier waarop (A) werkt is bedreigd door menselijke invloed, dus daar richt zich veel aandacht op.
De manier waarop (B) werkt gaat ongestoord door, dus daar is niet veel aandacht voor nodig. Maar het is goed te weten dat het essentieel voor het leven is, voor het geval er al te drastische vormen van geo-engineering bedacht worden waarbij we de vooraad van (B) versneld gaan opmaken.
De scenarios waar ik het over heb zijn inderdaad van het type gedachtenexperiment. Het gaat om tijdspannes waarbij de menselijke soort waarschijnlijk niet meer als zodanig zal bestaan.
Toch vind ik het gewoon interessant om over de hoekstenen van ons bestaan na te denken en te filosoferen over wat als er een hoeksteen wegvalt?
Het lijkt mij denkbaar om ondergronds verder te leven, maar dan moet je wel veel controle hebben over biochemie, je moet zuurstof aan gesteente kunnen onttrekken, en je moet installaties hebben om de geofysische energie mondjesmaat af te tappen.
Toch lijkt het me veiliger en makkelijker dan interstellair reizen.
Maar, inderdaad, voor het ons bekende leven hier en nu en de komende miljoen jaar zie ik geen praktische consequenties.
LikeLike
Hans,
heb begrepen dat de aarde, al ver voordat de zon in haar nastadium komt, klimatologisch onleefbaar zal worden door het ontstaan van een nieuw supercontinent, pangea2, met een woestijnklimaat, zoals dat met pagea1 was. Zie bijv: Wordt het volgende supercontinent onze ondergang? – KIJK Magazine
Dat is wel nog heel ver weg, zo’n 250miljoen jaartjes.
LikeLike
Dirk,
inderdaad gedachtenexperimenten.
Niet zelden hebben die geleid tot bizarre (want uitermate kostbare en/of riskante) projecten die de ‘gedachte’ concretiseren in daadwerkelijke proefopstellingen. De historie van de ontwikkeling van de atoombom is voor mijn generatie het iconische voorbeeld. De zoektocht van afgelopen 20 jaar naar het ‘kleinste deeltje’ via de Large Hadron Collider is er ook zo een. En nog zo een: het decennialang vruchteloze gedoe in de farmaceutische wetenschap/industrie mbt kanker en alzheimer. Er staan anno 2024 nog een paar van dergelijke megalomane projecten in de steigers. Een daarvan is het project om te onderzoeken of het DNA van bedreigde aardse diersoorten diepgevroren naar de maan kan worden getransporteerd om daar in een diepe krater als reserve-voorraad ten behoeve van de mensheid op aarde te worden opgeslagen en beschikbaar te zijn.
Wat mij betreft zijn nogal wat wetenschappelijke mega-projecten het spoor bijster dat Fourier heeft uigezet: inkomende zonne-energie maakt de dienst uit op aarde.
LikeLike
Hallo Goff,
Je laatste zin gaat voorbij aan wat Fourier daadwerkelijk vond, namelijk dat NIET inkomende zonne-energie de dienst uitmaakt… maar:
(inkomende zonne-energie MINUS de uitgaande langgolvige warmtestraling)
Zie de schets van de stralingsbalans in het blogstuk. 🙂
LikeLike
Bob,
Ik denk dat Goff bedoelt dat het overgrote deel van de energie in het systeem afkomstig is van de zon. Zonder de energie die we van de zon krijgen, zou er ook amper uitgaande langgolvige warmtestraling zijn.
Als je het zo bekijkt, klopt het wel dat de energie van de zon de dienst uitmaakt.
LikeLike
Bob, Hans,
Ik snap je (terecht) corrigerende opmerking wel, Bob. Maar het is inderdaad, Hans, zoals je het interpreteert is wat ik met die gewraakte zin bedoel. Korte toelichting:
Het blogstuk over Fourier’s perspectief-wisseling maakt mij duidelijk dat zijn werk het SPOOR heeft uitgezet voor het concept ‘stralingsbalans’: warmte in – warmte uit. Twee eeuwen na Fourier weten we dankzij Fourier dat de stralingsbalans bepalend is voor de aarde als habitat voor flora en fauna. Wie weet wat er gebeurd zou zijn als Fourier met zijn tijdgenoot en habitat-expert Darwin aan tafel had gezeten 🙂
LikeLike
Hi Goff,
Het is inderdaad zo dat wanneer je het hebt over “het spoor dat Fourier heeft uitgezet”, het gaat over de onzichtbare uitgaande warmtestraling (wat we nu infrarood noemen). Het IPCC omschreef in AR4 de bijdrage van Fourier als volgt:
It was a conceptual leap to recognise that the air itself could also trap thermal radiation. In 1824, Joseph Fourier, citing Saussure, argued ‘the temperature [of the Earth] can be augmented by the interposition of the atmosphere, because heat in the state of light finds less resistance in penetrating the air, than in repassing into the air when converted into non-luminous heat’.
Fourier’s bijdrage is dat energie in de vorm van zichtbaar licht makkelijker door de atmosfeer gaat, dan in de vorm van ‘non-luminous heat’ ofwel ‘dark rays’/infrarood. Het idee van de stralingsbalans is daar impliciet al bij inbegrepen.
Het IPCC vermeldt dat in 1681 ene Edme Mariotte (mij onbekend) er al op wees dat glas makkelijker zonlicht doorlaat dan andere vormen van warmte. Vervolgens deed Horace Benedict de Saussure een aantal experimenten met glas en thermometers, in de 1760’s. De conceptuele sprong van Fourier in 1824 is om dit uit te breiden naar de lucht zelf.
Het IPCC hoofdstuk (vanaf 1.4.1, linkje hierboven) is interessant.
LikeLike
Goff,
Ik vind het juist zo leuk aan de wetenschap dat de gedachten vrij zijn, en dat er aan de dingen die wij nu nuttig vinden een gedachtenspel voorafging dat totaal gespeend was van nuttigheidsoverwegingen.
De ideeën die in de wetenschap ontwikkeld hebben, kunnen een bijzonder lange adem hebben, en het vergt soms een grote inspanning om iets nuttig te maken. En soms zit het nuttige hem in de bijvangst van zulke projecten.
Het is best mogelijk, en ik verwacht het ook, dat op zeker moment er een tipping point in biochemische kennis ontstaat waardoor kanker en alzheimer veel beter bestreden kunnen worden. Als bijvoorbeeld kwantumbiologie in de mix komt (https://www.theguardian.com/books/2014/dec/14/life-on-the-edge-jim-al-khalili-review-weird-world-of-quantum-biology)
De wetenschap is m.i. zijn geld meer dan waard, zeker als je het vergelijkt met de hoeveelheid inspanning die de mensheid zich getroost voor andere zaken, zoals de mogelijkheid om een paar duizend kilometer verder op een koolzuur- en/of alcoholhoudend drankje te drinken naast een omheind zwembad vlakbij de zee.
LikeLike
Bob,
Het klopt dat Mariotte die vaststelling al deed. Of het een simpele observatie is of dat hij het werkelijke experimenteel vaststelde weet ik niet.
Mariotte en De Saussure waren nog niet op de hoogte van het bestaan van infrarode straling. Die werd pas in 1800 ontdenkt door William Herschel. Dankzij die ontdekking begreep Fourier beter wat ‘non-luminous heat’ werkelijk is: licht met een golflengte die wij niet kunnen waarnemen. In de woorden van Fourier: donkere straling.
LikeLike
@Hans,
een détail-vraag: was Fourier bekend met stratificatie van planeet aarde (korst, diepere lagen, kern) of was dat destijds terra incognita? Anders gezegd, waarop baseerde hij zijn idee dat “…aardwarmte die naar het oppervlak komt een verwaarloosbare invloed heeft op het klimaat van de aarde.” Heeft hij dat kunnen meten/weten of was het een impliciete aanname?
@Dirk,
“Ik vind het juist zo leuk aan de wetenschap dat de gedachten vrij zijn, en dat er aan de dingen die wij nu nuttig vinden een gedachtenspel voorafging dat totaal gespeend was van nuttigheidsoverwegingen.”
Ik noemde een paar mega-onderzoeksprojecten die 100% gedreven worden door nuttigheidsoverwegingen. Je gaat er niet op in, hoeft ook niet. Verder: gedachten zijn alleen vrij in science fiction maar niet in science. Dat was zo in de tijd van een Galileo (huisarrest aan zijn broek) en het is anno 2024 (academische slavenarbeid) niet anders. Wetenschappelijk werk – toen en nu – is een sociaal fenomeen en (het werk van) Fourier is daar geen uitzondering daarop; zie link naar diens biografie in het blogstuk.
Ik krijg de indruk dat je het wetenschappelijke handwerk romantiseert met de suggestie ‘gedachten zijn vrij’. Wetenschapshistorisch klopt dat niet en ‘leuk’ is het naar mijn smaak&inzicht ook niet. Wetenschappelijk handwerk is taai en saai. Overigens, wat tipping points in biochemische kennis betreft, dat is al gepasseerd met CrispR tecnologie: ingrijpen in ontwikkeling van fenotype door verandering van genotype. Dat is omkering van de evolutie-dynamiek en daar ben ik zeer skeptisch over. Darwin draait zich waarschijnlijk om in zijn graf.
LikeLike
Goff,
Nee, over de stratificatie van de aarde was nog niets bekend. Of in elk geval zo goed als niets. De geologie stond in de kinderschoenen, in die tijd.
Fourier maakte gebruik van temperatuurmetingen die op veel verschillende dieptes in de aarde waren gedaan. Onder meer door De Saussure, maar ook door anderen. De vaststelling was dat er tot op een bepaalde diepte een seizoensinvloed is, en daaronder, de temperatuur met ongeveer 1° stijgt met elke 30 tot 40 meter dat je dieper gaat.
Met zijn kennis over geleiding van warmte kon Fourier daaruit het warmtetransport schatten. Het was een flinke overschatting, omdat hij rekende met de geleidbaarheid van ijzer. Maar ook met die overschatting kwam hij uit op een verwaarloosbare invloed op het klimaat.
LikeLike