Comments 74
Я думаю, что в нашем климате хорошо было бы покрывать здания краской, цвет которой зависит от температуры окружающей среды.
Когда прохладно, она становилась бы тёмной, чтобы больше нагреваться и обогревать помещение.
Когда жарко, она становилась бы белой, чтобы отражать больше энергии и охлаждать помещение.
Насколько это реально? можно было бы сократить расходы на отопление и кондиционирование.
Подобные материалы вроде бы есть (например автокраски), но у них проблема с износостойкостью и их надо покрывать слоем прозрачного лака. Для обычного использования это ок, хотя и не бюджетно. А вот для целей отражения лучей это наверное сильно ухудшит характеристики.
Но я думаю, что рано или поздно найдут состав, который бы так работал и был устойчивым. Наверное, когда активно начнут использовать нейросети для моделирования физических свойств молекул. Там вопрос перебора вариантов на самом деле.
Хотите поглубже погрузиться в тему этой чудо краски? На ютубе есть два канала, которые занимаются изучением способов её создания и практических способов применения: NightHawkingLight и Tech Ingridients. На канале Tech Ingridients создали эффективный излучатель, позволяющий с помощью этой краски охлаждать воду. Я думаю этот же излучатель можно использовать для нагревания воды в холодное время года с помощью ультра -чёрной краски, просто перевернув его другой стороной. Кстати, на том же Tech Ingridients исследовалась возможность нагревать воду напрямую от солнца, не используя солнечные панели в качестве прокладки. На канале NightHawkingLight, ведущему удалось изменить состав краски, так чтобы сохранить её свойства и одновременно сделать доступной к изготовлению в домашних условиях (он сумел заменить сульфат бария на куда более распространённый карбонат кальция). Процесс всё ещё время затратный, но супер дешёвый и не очень сложный.
Планета в порядке, это людям...
расизм какой то
В асфальт, в бетон и в кирпич надо научиться эту краску добавлять.
Отличная идея. Надо срочно вырубить все леса, залить асфальтом и покрасить в белый
Не нравятся мне такие идеи. Ученые так до сих пор до конца не поняли как работает климат планеты, и даже того является ли потепление результатом деятельности человека, или это естественный цикл, который планета переживала уже в прошлом не один раз. И вот так ничерта и не поняв, мы собираемся вмешаться в климат, не зная толком к чему это вмешательство может привести.
Кто-то может поручиться, что в результате такого окрашивания, климат не войдет в положительную обратную связь, и на планете не наступит новый ледниковый период, из-за которого мы тут вымрем все как мамонты? Или наоборот качнет в другую сторону, и мы тут спечемся как в духовке, из-за того что климат станет таким-же как на Венере?
Как по мне лучше тут не экспериментировать, не зная на все 100% к чему это может привести, а ученые этого не знают.
Как по мне лучше тут не экспериментировать, не зная на все 100% к чему это может привести,...
Воистину так! Потому что
...а ученые этого не знают.
Не уверен насчет ученых, но вот один интересный эффект, к которому приведет окрашивание поверхности этой краской, я рассмотрел в соседнем комментарии.
спойлер
Если не укрывать на ночь окрашенные поверхности пленкой, то результат окрашивания может оказаться не совсем таким, как предполагалось ;-)
Вообще, в 2023 году учёные вполне уверенны, что "потепление является результатом деятельности человека"
А когда (если) реализуют этот надежный (как швейцарские часы) план и вдруг окажется что эта их уверенность была ложной, они просто извинятся и разведут руками, мол что-ж, науке свойственно ошибаться..
Ученые в истории часто были уверены в верности теорий, которые потом оказывались полной ерундой, кто-то может дать гарантию, что и эта теория верна?
кто-то может дать гарантию, что и эта теория верна?
Только эксперимент на небольшой территории, в той-же Сахаре.
Локальный эксперимент вряд-ли даст достоверную информацию о глобальных последствиях. Климат Земли очень сложная система, и если мы в него вмешиваемся, не понимая как это все работает, то результат такого вмешательства может быть катастрофичным. Вгоним систему в цепную реакцию из-за включения какой-либо положительной обратной связи, и получим безжизненный кусок материи, крутящийся вокруг Солнца, который, может быть, потом найдут какие-либо инопланетяне, и подивятся тупости человечества, угробившего само себя, вместе с биосферой.
Люди прямо сейчас уже вмешиваются в климат по полной. Если мы в это не верим, то немного белой краски точно так же ничего не изменят.
Если это вопрос веры - то при чем тут наука? Это, похоже, какая-то Церковь Климатического Влияния.
Вопрос тут не в том, влияем или нет, а в степени влияния, насколько оно заметно. Перекраска огромных поверхностей планеты, как раз таки может оказаться качественно более серьезным воздействием, чем все выбросы парниковых газов, которые создет человечество.
Если их краска отражает 98% теплового излучения, то тепловизор будет видеть 98% отражения и 2% собственного излучения поверхности. Где-то нас обманывают...
Я бы измерял обратную, а не окрашенную, сторону.
Я тоже сперва не особо верил - прямо какой-то демон максвелла, но есть довольно простое объяснение: краска излучает в диапазоне, который слабо поглощается атмосферой. Всё вокруг нас не замерзает допустим ночью к чертям из-за наличия атмосферы - она поглощает излучение и пере излучает его обратно на предметы на земле, тем самым замедляя остывание. На данный тип краски атмосфера не слишком влияет (особенно если ёе оградить от ветра прослойкой недвижимого воздуха), т.е. она слабо нагревается излучением атмосферы и сама не особо эффективно её нагревает и потому охлаждается, излучая напрямую в космос, который тоже излучает, но практически температуру этого излучения можно считать нулём (2,7K). Краска излучает настолько эффективно, что даже под прямыми солнечными лучами, способна отдавать энергую едва-едва быстрее чем принимает солнечную энергию. Количество энергии которую способен излучить квадратный метр краски зависит от её температуры, поэтому устанавливается баланс и краска всего на 1-2 градуса ниже температуры атмосферы. Это я так понял принцип работы, чтобы узнать подробнее можно посмотреть ютуб видео на канале NightHawkinLight или Periodic videos.
@Apxuej, спасибо за правильно поставленные вопросы! Но к сожалению, ютуб - это не самый правильный источник информации, когда речь идет про научные знания. Лучше все-таки почитать учебники по термодинамике или википедию. В ютубе иногда можно нарваться на очень сомнительные объяснения, которые публикуются с умным видом и наукообразной терминологией, так что даже не сразу поймешь, где именно тебя обвели вокруг пальца. Или можно просто не успеть уследить за авторской мыслью и неверно ее понять из-за этого :-(
краска излучает настолько эффективно, что даже под прямыми солнечными лучами, способна отдавать энергую едва-едва быстрее чем принимает солнечную энергию ... поэтому устанавливается баланс и краска всего на 1-2 градуса ниже температуры атмосферы.
Давайте проведем простой мысленный эксперимент. Представим себе, что в начальный момент некоторое тело находится в тепловом равновесии с окружающей средой. После этого включаем Солнце. Температура приходящего от него излучения примерно равна температуре поверхности Солнца (оно с очень хорошей точностью излучает, как абсолютно черное тело). Температура нашего тела заведомо меньше. Поэтому в результате этой операции (включение Солнца) радиационный баланс изменится однозначно - наше тело нагреется. Это следует из той очевидной аксиомы, что никакое тело не может излучать больше энергии, чем упомянутое выше абсолютно черное тело (иначе получим описанный в соседней ветке вечный двигатель). А излучение абсолютно черного тела растет с ростом температуры (причем очень быстро - там вообще четвертая степень).
В общем, никакая краска не может изменить тот факт, что при включении Солнца тело нагреется. Новое тепловое равновесие установится, когда теплообмен с окружающей средой вырастет настолько, чтобы компенсировать этот дополнительный нагрев излучением. Тут вряд ли есть, о чем спорить.
Теперь давайте сделаем второй шаг: сравним условную "краску" и "зеркало". Если у нас есть идеальное зеркало, которое отражает 100% падающих лучей, то его дополнительный нагрев при включении Солнца будет нулевым. Соответственно, его температура не изменится. Таким образом, идеальная краска - это просто зеркало.
Небольшой офтопик для самых доверчивых
Кстати, в качестве разминки для мозга предлагаю обдумать такую задачку. Пусть нас есть теплоизолированный ящик с откачанным воздухом и с равновесным тепловым излучением внутри. Если поместить внутрь этого ящика любой предмет, то он быстро придет в тепловое равновесие с окружающей средой. А именно, если он изначально был теплее ящика, то он будет излучать больше энергии, чем поглощать, и остынет. И наоборот. Тут все понятно и очевидно.
Но что будет, если мы поместим внутрь этого ящика зеркальный шар с хорошо отражающей поверхностью? Пусть он отражает 90% падающего излучения, а поглощает - только 10%. Получается, тепловой баланс такого шара нарушится, и он остынет до более низкой температуры, чем ящик?! Неужели мы только что придумали вечный двигатель?!?
Просьба к тем, кто знает правильный ответ (уверен, тут таких большинство) - не подсказывайте ;-) Дайте возможность желающим подумать над этой задачкой самостоятельно. Мне кажется, после этого разобраться с эффектами "белой краски" (где реальные, а где - вымышленные) станет гораздо проще.
В сухом остатке:
1) Температура любого тела, которое находилось в равновесии с окружающей средой, и к которому подвели дополнительную энергию (осветили Солнцем), при прочих равных всегда увеличивается, так как для поддержания равновесия требуется увеличить теплоотдачу
2) В земных условиях дополнительная теплоотдача излучением всегда будет меньше, чем дополнительный нагрев, т.к. температура Солнца заведомо больше, чем тела
3) Новое тепловое равновесие (после включения Солнца) устанавливается НЕ благодаря радиационному высвечиванию (еще раз: оно всегда меньше, чем солнечный нагрев, даже учитывая телесные углы и т.д. - четвертая степень Т все кроет), а в первую очередь за счет теплообмена с окружающей средой. Тело начинает отдавать ей ту энергию, которую получило от Солнца
4) Любая зеркальная (отражающая) краска отражает (рассеивает) солнечное излучение и уменьшает поглощение энергии телом, но баланс все равно будет положительным. Поэтому при включении Солнца тело в любом случае нагреется. Но, величина этого нагрева может быть больше или меньше в зависимости от количества поглощенной энергии. Чем больше получили энергии, тем сильнее надо увеличить тепловой поток в окружающую среду. Поэтому зеркальная (отражающая) краска действительно может уменьшить этот нагрев.
5) Если при отражении солнечное излучение напрямую уходит в космос, то все ок. Но если краска матовая, и излучение лишь рассеивается (отражается во всех направлениях), то оно попадет на соседние предметы. И вместо окрашенного тела нагреются они. Общий тепловой баланс Земли в этом случае не изменится.
краска излучает в диапазоне, который слабо поглощается атмосферой
Ну и давайте теперь разберемся с диапазонами и прозрачностью атмосферы.
То излучение, которое дошло до поверхности Земли - оно потому сюда к нам и дошло, что для него атмосфера прозрачная. Если же мы преобразуем это излучение к другим частям спектра и попробуем переизлучить, то так можно только ухудшить ситуацию, но никак не улучшить! Просто потому, что во многих других частях спектра (на самом деле - почти во всех) атмосфера частично или полностью не прозрачна. Зоны пропускания фактически ограничиваются оптическим и в радиодиапазоном. Попросту говоря, любое переизлучение падающей радиации на другой длине волны почти наверняка приведет к ее поглощению. (И реально приводит, т.к. тепловое излучение тел с приземной температурой поглощается довольно эффективно).
Таким образом, самый выгодный способ отправить излучение обратно в космос - это зеркало, никак не изменяющее длину волны. Все остальное гораздо хуже.
едва-едва быстрее чем принимает солнечную энергию
Тут я естественно имел ввиду "по сравнению с окружающими предметами", да и далее я описал, что тепловое равновесие наступает для температуры ниже окружения, т.е. краска лучший эммитер/отражатель по сравнению с обычными поверхностями. А так по-моему всё что Вы говорите совпадает с тем, что я сказал или по крайней мере думал у себя в голове.
Ответ на Вашу задачку - шар точно также придёт в тепловое равновесие пусть он отражает хоть 99,99%.
Единственное мне кажется Вы вероятно ошибаетесь насчёт изменения теплового баланса земли. То что краска матовая легко нивелируется - специальным приспособлением экранирующим поверхность от излучения окружающих предметов и помещением этой приспособы на высокое место (крыша). В пределе нам не нужно даже это, если краской будут покрыты большинство поверхностей скажем все строения в городе. Очень простая логическая цепочка: поверхность холоднее обычных предметов -> значит тратим больше энергии на излучение -> атмосфера задерживает процент, но в абсолютных величинах пропускает больше энергии в космос -> средняя температура на планете падает. Конечно если создать специальные геометрические формы которые будут удерживать излучение и не давать ему уйти в космос, то эффекта даже от краски будет ноль, но мы ведь сравниваем обычные поверхности и специальную поверхность с одинаковой геометрией.
Факт в том, что краска работает - подтверждено не одним независимым источником, в том числе на тех каналах ютуб, которые я указал выше в комментарии и, смею уверить, ведущие на этих каналах не просто случайные блогеры, а учёные и инженеры с опытом проведения экспериментов и реальной научной работой за плечами. Я не пытаюсь апеллировать к авторитету, просто если бы эта краска была фуфляндией и не работала - я на 100% уверен, что именно об этом было бы их видео - так как разоблачения гораздо профитнее. Tech Ingridients изредка выпускает видео с проверкой мифов/разоблачением лженауки.
Краска же работает даже на открытом воздухе (если поверхность видит небо), т.е. температура её ниже окружающих предметов, даже если сравнивать с белой краской. Если поверхность находится в экранированном от окружающих предметов чехле, то эффект заметно более выражен.
Ответ на Вашу задачку...
Ну я же просил - не подсказывать... Возможно, Вы сейчас кому-то испортили удовольствие :-(((
Факт в том, что краска работает - подтверждено не одним независимым источником...
А вот тут Вы делаете логическую подмену понятий. Есть две совершенно разные задачки: охлаждение Земли в целом и охлаждение некоторого локального объекта. Нет никаких сомнений, что белая краска работает во втором случае. Более того, очень похоже, что новая краска в чем-то эффективнее предыдущих, т.к. ее отражающая способность, по утверждениям авторов, даже лучше, чем у полированного металла.
Но!
Отсюда совершенно не следует, что этак краска будет столь же эффективно охлаждать Землю в целом. Это совершенно другая задачка, и она пока обоснована только теоретическими расчетами. Причем в определенных ситуациях (ночью) знак эффекта будет обратный. А экспериментов по окрашиванию Земли никто пока
к счастью, не проводил
К слову сказать, их не так легко провести. Просто покрасить и посмотреть - а что будет с температурой - не выйдет, т.к. мы все равно не узнаем, почему температура изменилась (или не изменилась). Ведь она уже 4 миллиарда лет - не константа, а все время меняется безо всяких окрашиваний. Поэтому после - не значит вследствие.
Аналогия для наглядности
Давайте в качестве развлечения утрируем до абсурда и рассмотрим аналогию с холодильником в кухне. Нет ни малейших сомнений (это подтверждено и экспериментами, и авторитетами, и моим собственным опытом), что работающий холодильник действительно охлаждает продукты. Но вот охлаждает ли он кухню в целом? Можно ли будет в обеденный перерыв выпить чаю в прохладе, если утром, уходя на работу, законопатить окно, а дверь холодильника оставить открытой? Большинство людей сразу ответит, что это мое предложение - ерунда, так как холодильник работает, нагревая окружающее пространство. Причем нагревает сильнее, чем охлаждает внутри (кпд < 1). Т.е. в итоге к обеду на кухне станет намного теплее, чем если холодильник не открывать. Такой результат даже можно обосновать законом сохранения электроэнергии: весь день наш холодильник жег электричество, оно в конечном счете переходит в тепло, значит в итоге кухня нагреется.
А после этого выясняется, что холодильник - промышленный, и что охладитель у него висит снаружи за стенкой, как у кондиционера. И что поэтому греется улица, а не кухня. В которой по факту и правда станет прохладнее.
Только не ищите тут прямые аналогии с краской. Мой пример показывает только одно: даже в самой простой ситуации, когда все казалось бы очевидно, могут обнаружиться неучтенные факторы, переворачивающие результат на обратный. Сначала я не учел, что охлаждение еды в холодильнике происходит за счет нагрева его радиатора, и решил, что открытая дверца поможет остудить кухню. Потом - не учел, что радиатор можно вынести из квартиры.
А мы сейчас рассуждаем про эффекты от краски в земной биосфере, которая много сложнее, чем кухня. От того тезиса, что краска "охлаждает" предмет, до охлаждения Земли в целом - такая же дистанция (на самом деле гораздо больше), как от продуктов в холодильнике до охлаждения кухни. В своем самом первом комменте я обратил внимание, что глобальный эффект от краски иногда будет обратным (в ночное время охлаждение Земли уменьшится).Разумеется, это не значит, что в сумме за сутки эффекта не будет вообще. Но картина в целом гораздо сложнее, чем простая зависимость. А ведь завтра кто-то захочет ввести всеобщий налог "на окрашивание", мотивируя это логически некорректным тезисом, что еда в холодильнике остывает - значит и кухня остынет "покрашенная машина остыла - значит и Земля охладится".
В общем, меня не устраивает ложная аргументация при доказательстве утверждения. Причем, само утверждение может быть и истинным (как известно, некорректное доказательство не опровергает доказываемое утверждение). Но мне кажется, что нас слишком часто держат за дураков, акцентируя упрощенные объяснения сложны явлений. В результате чего сложный мир становится черно-белым (сперва красим все белой краской, затем мажем углем
Не совсем так.
Приход от излучения для зеркала будет нулевым, да. А вот нагрев от воздуха — не нулевым.
Ну и краска вполне может излучать больше, чем зеркало. Тоесть главное не 100% отражение, а баланс.
Если краска излучает эффективнее, чем поглощает — почему нет?
В земных условиях дополнительная теплоотдача излучением всегда будет меньше, чем дополнительный нагрев, т.к. температура Солнца заведомо больше, чем тела
Но Солнце то не 100% небосвода занимает, а остаток имеет куда меньшую тепературу!
Излучающие крыши(причем без всякой краски!) вполне успешно используются в Египте тысячи лет. И да, оно работает. Использовать краску там не особо полезно, ибо через неделю крыша будет цвета песка все равно.
Приход от излучения для зеркала будет нулевым, да. А вот нагрев от воздуха — не нулевым.
???
Воздух нагревается либо от поверхности (теплопередача), либо поглощая излучение. Поглощение интегрируется по всей тоще атмосферы - в приземных слоях (где есть теплообмен) им можно пренебречь без потери точности. Так что с нагревом воздуха Вы тут промахнулись - считать надо только нагрев зеркала/краски.
Ну и краска вполне может излучать больше, чем зеркало.
В земных условиях - нет, не может. Так как зеркало, по нашим условиям, отражает почти 100% падающей энергии, а полное тепловое излучение любого тела в верхнюю полусферу при нормальных условиях - это
половина указанной цифры
Почему половина - да потому, что Земля излучает и днем и ночью. И в сумме за это время отдает в космос точности столько же энергии, сколько получает от Солнца днем (с точностью до очень малых поправок).
Чтобы отдавать вдвое больше энергии, наша условна краска должна нагреться примерно в 1.2 раза, то есть
на 50 градусов
Корень четвертой степени из двух - примерно 1.2, умножаем температуру земной поверхности на 1.2 = получаем примерно 50 градусов. Привет, четвертая степень!
Но мы же только что обсуждали, что на самом деле краска остывает по сравнению с окружающими телами, а вовсе не нагревается ;-)
Если краска излучает эффективнее, чем поглощает — почему нет?
Я все же очень прошу Вас вспомнить элементарную физику, и проверять свои гипотезы здравым смыслом. Есть базовые физические законы, многократно проверенные практикой. Вся окружающая нас техника функционирует благодаря, а не вопреки использованию этих законов. Поэтому я склонен считать, что базовые физические законы действуют в нашем мире с достаточной хорошей точностью. Попросту говоря, если Вы хотите опровергнуть закон сохранения энергии, то должны для этого выдвинуть крайне веские основания. Если же возможность нарушения закона сохранения энергии допускается мимоходом, как само собой разумеющийся факт, просто потому что "в ютубе показали такую краску" - то извините, мне очень сложно продолжать разговор на таком уровне.
P.S. Вообще, краска, которая излучает больше, чем поглощает, называется вечный двигатель. Вы действительно верите, что обладатели такой технологии (если вдруг она действительно создана) будут ловить хайп, пиараясь на глобальное потепление?
Но Солнце то не 100% небосвода занимает, а остаток имеет куда меньшую тепературу!
Кстати, да.
Угловой размер Солнца - примерно полградуса. Это где-то E-5 часть площади неба. Температура Солнца примерно в 21.5 раз выше, чем на Земле. По закону 4-й степени получаем, что
приходящая от него энергия
Энергия, приходящая на Землю с остальной части неба, кроме Солнца, с хорошей точностью нулевая
в каждую точку земной поверхности примерно вдвое больше (=21.5^4 * E-5 = 200000*E-5 = 2), чем излучаемая (в среднем) земной поверхностью в верхнюю полусферу днем.
Удивительное совпадение, не так ли?
А ответ в том, что суммарное микроволновое излучение Земли (ночь+день) почти в точности равно поглощенной солнечной радиации. Так как в среднем тепловой баланс нулевой (иначе температура Земли за последний миллиард лет изменилась бы катастрофически, а не гуляла бы туда-обратно в пределах десятка градусов от современной температуры).
Я подразумевал этот факт в своих рассуждениях, но как-то упустил из вида, что он не для всех очевиден. Извините. Если интересно подробнее, то некоторые цифры и ссылки я собрал вот в этот коммент.
P.S. А еще я, похоже, невнимательно прочитал Вашу фразу про нагрев зеркала от воздуха. Извините, пожалуйста. Это свое возражение (про воздух) я в соседнем комменте снимаю (отредактировать уже не могу - время вышло). На самом деле, в начальный момент при равной температуре зеркала/краски нагрев зеркала/краски от воздуха будет одинаковым. Это нулевое приближение. Дальше мы хотим оценить - кто нагреется больше - зеркало или краска. Но теплообмен с воздухом в этом приближении начнет играть роль только потом, когда температура зеркала изменится больше, чем у краски (или наоборот), и будет работать на компенсацию (уменьшение) этого изменения (мы же считаем, что изначально было равновесие).
Поэтому для того, чтобы определить знак эффекта (кто нагреется больше), нагрев от воздуха учитывать не обязательно. Он станет нужен только потом, при оценке его величины, т.е. он может уменьшить разницу между зеркалом/краской. Но повторю, еще раз, что сперва мы хотим понять - а в какую сторону пойдет эта разница (и пойдет ли вообще). И вот на этом этапе данный эффект можно проигнорировать.
Так что еще раз прошу прощения и, пожалуйста, мысленно зачеркните мой абзац в соседнем комменте перед фразой:
Ну и краска вполне может излучать больше, чем зеркало.
А вот начиная с нее, все верно, и все возражения в силе.
Если краска излучает эффективнее, чем поглощает — почему нет?
Потому, что ваше если противоречит законам физики. эффективность излучения=эффективности поглощения. В противном случае сделать вечный двигатель второго рода элементарно.
В ютубе иногда можно нарваться на очень сомнительные объяснения, которые
публикуются с умным видом и наукообразной терминологией, так что даже
не сразу поймешь, где именно тебя обвели вокруг пальца.
Чтобы к вам не было аналогичных претензий, было бы здорово увидеть выкладки, подкрепляющие сделанные выводы о том, что увеличение альбедо увеличит температуру. :)
Вы говорите о том, что при изменении одной величины, меняется другая. Да, если мы посмотрим на закон Стефана — Больцмана, то увидим, что понижении температуры уменьшается и излучение. Но тут важно понимать, что эти зависимости описывают дифференциальные уравнения, а фазовые портреты у них бывают разные. У уравнений описывающих термодинамику планеты могут быть (и есть) стационарные решения, когда температура стабилизируется на каком-то определённом значении.
Например, если считать Землю абсолютно чёрным телом, то можно достаточно легко вывести эффективную температуру на её поверхности. Которая, кстати, оказывается равной 6 С. Но это если Земля абсолютно чёрная, что не так. Чем выше альбедо, тем ниже эффективная температура. А окрашивание Земли белой краской как раз и увеличивает альбедо. (См., кстати, гипотезу Земля-снежок.)
Тут, правда, возникает вопрос. Если с учётом альбедо эффективная температура равна где-то -18 C, то почему наблюдаемая средняя температура заметно выше? А дело в парниковом эффекте, который препятствует охлаждению Земли. У Венеры разница между рассчитанной эффективной температурой и температурой на поверхности достигает 500 кельвинов, что объясняется более плотной атмосферой.
Просто потому, что во многих других частях спектра (на самом деле - почти во всех) атмосфера частично или полностью не прозрачна. Зоны пропускания фактически ограничиваются оптическим и в радиодиапазоном. Попросту говоря, любое переизлучение падающей радиации на другой длине волны почти наверняка приведет к ее поглощению.
Белая краска отражает в основном в оптическом диапазоне. Иначе она не выглядела бы такой белой.
Если красить горизонтальные поверхности, то большая часть излучения будет отражаться в космос, а не поглощаться другими телами.
Температура любого тела, которое находилось в равновесии с окружающей средой, и к которому подвели дополнительную энергию (осветили Солнцем), при прочих равных всегда увеличивается, так как для поддержания равновесия требуется увеличить теплоотдачу
Если предложенная модель действительно отражает ситуацию на Земле, то как так получилось, что за всё время существования Земли у нас средняя температура выросла всего лишь до каких-то смешных 15 C?
Чтобы к вам не было аналогичных претензий, было бы здорово увидеть выкладки, подкрепляющие сделанные выводы о том, что увеличение альбедо увеличит температуру. :)
Спасибо за шутку
Понятно, что рост альбедо вполне может сопровождаться ростом температуры, если парниковый эффект возрастает быстрее. Например, потепление поверхности океана ведет к росту облачности и альбедо, но и парникового эффекта одновременно. И кто пересилит (слон или кит (с)) - вопрос уже не ко мне. (Думаю, что бесспорной оценки пока нету ни у кого). Так что возвращаюсь к своему предложению для желающих остудиться: включайте облака днем и выключайте их на ночь ;-)
но мы все-таки более конкретный и узкий вопрос обсуждаем - про эффекты от краски. Я в своем самом первом комментарии всего лишь обратил внимание, что этот эффект вовсе не однонаправленный, а гораздо более сложный. Ну а потом пытался прокомментировать некоторые популярные заблуждения, которые очень часто присутствуют при обсуждении подобных тем.
А если серьезно - то я готов каждый свой тезис обсуждать и аргументировать цифрами. Либо признать, что я где-то ошибся, если
цифры покажут иное
Это ведь не статья, которую вылизывают месяцами, а живое общение. Я вот строчу комменты в перерывах между нажатиями кнопок в программе - там у меня счет занимает несколько минут, и чем-то серьезным заняться в паузах сложно, а вот поболтать вполне получается. Но поэтому и ошибки проскочить могут
Белая краска отражает в основном в оптическом диапазоне (...) Если красить горизонтальные поверхности, то большая часть излучения будет отражаться в космос (...).
В соседнем комментарии написал, почему это не совсем так - многое пойдет не вверх, а наискосок, через гораздо более толстый слой атмосферы. И хотя в целом какой-то эффект от краски, понятно, будет, но вот использовать эту краску в качестве метода борьбы с потеплением - это очень сомнительная идея. Как в силу очень плохого (по сравнению с другими подходами) отношения цена/качество, так и по причине плохой прогнозируемости далеко идущих последствий. Еще пару соображений см. вот тут
А если серьезно - то я готов каждый свой тезис обсуждать и аргументировать цифрами.
Я был бы очень признателен, если бы вы математически описали модель, о которой рассуждаете, и подкрепили свои утверждения выкладками. Не обязательно в виде чисел, достаточно записать уравнение и исследовать его качественно.
Я был бы очень признателен, если бы вы математически описали модель, о которой рассуждаете
О какой именно модели Вы говорите?
Я тут накрошил целую кучу комментов, цифры местами тоже присутствуют. Например, я писал, что краска не может излучать больше чем зеркало. Там есть вполне конкретные оценки в градусах (правда, формулы лишь подразумеваются, т.к. я не умею сюда их вставлять, но в этом и необходимости вроде особой нет, т.к. формулы вполне очевидны?)
Если вопрос в том, на сколько уменьшится теплоотдача покрашенного участка ночью, то я могу дать ответ только в процентах. Согласно исходной статье, температура излучающего (окрашенного) участка уменьшается на 11 градусов, т.е. на 3-4%. Соответственно, теплоотдача уменьшится где-то на 15%. Формулы есть вот здесь (хотя можно и вот из этого вывести). А вообще, для такой оценки достаточно знать только показатель степени (ну и абсолютный нуль пригодится ;-).
Сколько это будет в количественном выражении - надо копать точный график прозрачности атмосферы, учитывать закон смещения Вина, а также погоду, широту и так далее, т.к. прозрачность от всего этого очень сильно зависит. Т.е. опять-таки упираемся в интегрирование плохо известных нам функций (либо брать какие-то эффективные средние, если найдешь). У меня этих цифр в табличном виде нема, я все-таки чуть-чуть по другой части специализируюсь.
Ну и неустранимая проблема такого подхода - он годится только для ясной погоды. При наличии облачности основное излучение будет уходить совсем не с поверхности. Но для простоты можно сначала сравнить порядки цифр при ясной погоде. Т.е. допустим, что облака просто исчезли повсюду, как класс. Если будет желание, потом их можно будет добавить (опять-таки для начала с погрешностью в плюс-минус лапоть, а потом уже уточнять).
Итак, нас интересует ночь vs день. Днем температура градусов на 30 больше, чем ночью. Это соответствует разнице энергий теплового излучения примерно на 50% (330/300 в четвертой степени). Итого получаем, что днем тепловое излучение уносит порядка 60% энергии, которую мы получаем от Солнца (ночь+день = 1+1.5=2.5, 1.5/2.5= 3/5 =60%). При этом мы знаем, что суммарный тепловой баланс Земли - почти в точности 0. Следовательно, дневное микроволновое излучение возвращает в космос 60% энергии, которая поступает от Солнца, а ночное - около 40%. Умножая на эти цифры, получаем "ночной эффект" порядка 6% от поглощенной за сутки солнечной радиации (= 40% * 15%)
Теперь учтем, что альбедо суши обычно считают равным 0.1-0.4, у Земли в целом = 0.3. Поглощение, соответственно, около 0.7. А наша краска дает 0.1. Остальное куда-то уходит. Куда именно - обсуждалось в соседней ветке. С учетом телесных углов, непоглощенное отражение в космос может составить 60% от этой цифры (остальное пойдет в направлениях, близких к горизонтали, и все-таки поглотится). В первом приближении, возьмем цифру 0.6*0.6 = 0.4. Итого, вместо обычных 0.7 после покраски на Земле останется где-то 0.3 часть от пришедшей солнечной радиации. Если до окрашивания поглощалось 0.7, после него поглощение в этом месте
уменьшится вдвое
Да, я на каждом шагу допускаю некоторую погрешность, но поскольку я искренне стараюсь тенденциозности избегать, то надеюсь, что в сумме эти ошибки слегка компенсируются и "cложатся" в корень из N по законам броуновского блуждания. Точнее я посчитать все равно не смогу, да и не вижу смысла, так как исходные данные для расчетов у меня катастрофически грубые. Но если в итоге я получу погрешность в 50%, то для прикидочного расчета "на пальцах" это совершенно нормально. Если же этот расчет в итоге совсем "разойдется" со здравым смыслом (т.е. выскочит ошибка на порядок), то я сделаю вывод, что где-то я кардинально напутал с главными и второстепенными факторами, и все надо полностью пересчитывать заново.
Ну и конечно, проверять "здравым смыслом" надо не только окончательные, но и все промежуточные оценки.
Так что моделью в нормальном понимании это назвать, конечно, нельзя. Но в качестве первого полукачественного приближения взять уже можно, чтобы потом, углубляясь в задачу, постепенно подставлять туда все более реалистичные интегралы и цифры.
Итого, в самом первом приближении покрашенная поверхность вернет в космос примерно половину от приходящей (поглощенной!) солнечной радиации. Сопоставляя это с цифрами 40% - 60% (тепловое излучение ночью и днем), получаем что дневной эффект (половина от 60% = 30%) где-то то в пять раз больше ночного (15% от 40% = 6%).
Даже если учесть тот факт, что температура окрашенного участка снижается (что влечет уменьшение уходящего микроволнового излучения днем и частично компенсирует дневной эффект отражения), все равно получаем разницу в несколько раз.
Окончательно получаем, что для безоблачной ситуации окраска поверхности увеличивает уходящую радиацию днем намного сильнее, чем уменьшает ее по ночам. Эта прикидка хорошо согласуется с априорным предположением, что суммарный эффект от окрашивания ведет к охлаждению. Но одновременно из нее следует, что реальный эффект охлаждения может быть на треть меньше, чем простая альбедо-оценка (30% - 6% ночной эффект - 3% дневной эффект = около 20%). А треть - это уже достаточно много, чтобы поставить перед авторами идеи глобальной покраски вопрос о необходимости включить эти эффекты в модель и обсчитать все более аккуратно, прежде чем просить донаты в ютубе финансирование в ООН ;-)
Надеюсь, что я ответил на Ваш вопрос о методике своих вычислений? При всей условности такого подхода
мне кажется, что это все-таки лучше, чем ничего
Да, в данном случае вышеприведенный расчет оказался малополезным, так как результат получился довольно разумным. А как известно, доказать гипотезу невозможно, можно только ее опровергнуть (принцип асимметрии вывода). Но все же какой-то элемент понимания этот расчет добавляет, во всяком случае, для меня. Если Вы в душе математик (как мне показалось из переписки), то мои рассуждения - это чистый взгляд физика. Вместо точных формул я начинаю с самого-самого грубого приближения, которое потом (при наличии возможности, времени и т.д.) начинаю подкручивать в направлении все более точной модели.
А полезен такой подход в первую очередь тем, что он позволяет сразу вылавливать наиболее грубые ошибки и подтасовки, которые иногда встречаются в публичном пространстве. Модель может содержать сотни формул (в которых можно разбираться годами), но если вклад основного действующего фактора в самом первом приближении на порядок отличается от конечного результата (или вовсе имеет обратный знак), то для меня это повод, как минимум, усомниться в такой модели, даже не тратя годы на детальное изучение формул. Ну или заподозрить, что автор нарвался на стандартный глюк с ложными корреляциями, и т.д.
О какой именно модели Вы говорите?
Я и написал в предыдущем комментарии. Хотя, я сейчас открыл спойлер про шутку, и оказалось, что вы всё же не утверждаете, что увеличение альбедо непременно ведёт к увеличению температуры, раз пишете про парниковый эффект.
Ничего личного, но я бы прятал важные части комментариев под спойлеры. Я их часто просто не открываю, полагая, что люди туда прячут что-то неважное для основного комментария. Особенно, если заголовок не отражает суть.
Насчёт выкладок. Спасибо за числа, хотя мне хватило бы и качественной модели, записанной формально. У меня есть претензии к модели которую вы используете. Одноко это обсуждение становится чересчур длинным, у меня просто нет столько свободного времени. Всё, что я хотел сказать, я, в принципе, сказал: для равновесной планетарной температуры формулу привёл, на чрезмерную упрощённость модели парникового эффекта указал. Заявления, основанные на чрезмерно упрощённых моделях выглядят слишком провокационно и кто-то может принять их за чистую монету.
P.S. Очень помогло бы, если бы вы вместо ссылок на википедию просто писали «закон Стефана — Больцмана» или «абсолютно чёрное тело». На телефоне чтобы узнать, куда ведёт ссылка, нужно перейти по ней. Очень обидно видеть там Википедию (спасибо, что не толковый словарь, а не научную статью. Я уверен, что большинство людей на Хабре умеет гуглить и просто сами найдут определение термина, если вдруг он им неизвестен. Не стоит недооценивать аудиторию.
Температура любого тела, которое находилось в равновесии с окружающей средой, и к которому подвели дополнительную энергию (осветили Солнцем), при прочих равных всегда увеличивается, так как для поддержания равновесия требуется увеличить теплоотдачу
Если предложенная модель действительно отражает ситуацию на Земле, то как так получилось, что за всё время существования Земли у нас средняя температура выросла всего лишь до каких-то смешных 15 C?
Вы, кажется неправильно поняли мою мысль, вырвав ее из контекста. При увеличении поступающей энергии тело вовсе не будет греться до бесконечности! Мы же говорим про открытую систему. Температура тела вырастет ровно настолько, чтобы рост теплоотдачи в точности скомпенсировал дополнительное поступление тепла именно к данному телу. В моем процитированном сообщении это написано чуть выше:
"В общем, никакая краска не может изменить тот факт, что при включении Солнца тело нагреется. Новое тепловое равновесие установится, когда теплообмен с окружающей средой вырастет настолько, чтобы компенсировать этот дополнительный нагрев излучением"
Ну а рост средней температура Земли Вы вообще очень издалека прицепили ;-)
Я вот могу с тем же успехом написать, что средняя температура поверхности Земли за тот же самый период (за всё время ее существования) уменьшилась на сотни градусов, т.к. сперва она была горячей из-за аккреционного разогрева (это одна из наиболее вероятных моделей образования Земли).
В общем, говоря о росте температуры какого-то тела, всегда надо иметь четкий контекст - про какой именно период времени (и какое именно тело) Вы говорите. Та же средняя температура поверхности Земли в Фанерозое временами была на десять градусов ниже современной, а временами - на 10 градусов выше. Рассматривать ее, как монотонную функцию времени (которая все время растет) - несерьезно.
Да, меня смутила фраза «всегда увеличиваться», которую я интерпретировал, как постоянное увеличение.
Рост тепературы — это из соседней ветки. Ничего личного, но при таком количестве очень длинных комментариев, очень сложно в них ориентироваться, когда читаешь хабр с телефона.
Приятно знать, что вы не считаете, что температура будет увеличиваться постоянно. Ничего личного, но на Хабре очень много приверженцев очень, скажем так, сомнительных теорий, несущих, как они полагают, свет знаний другим. И по случайному совпадению, отличительная черта таких людей — это пространные рассуждения, отсутствие конкретики и назидательный тон (как риторический приём, чтобы дать понять всем, что собеседник априори понимает тему хуже). Поэтому я уже рефлекторно воспринимаю длинные комментарии с провокационными заявлениями с заметно большим скепсисом.
в статье нет ни слова про отражение "98% теплового излучения".
да и вещество известно было науке и до этого. тут лишь придумали как сделать тонким или в виде краски.
Она может делать поверхности на 4 °С холоднее, чем температура окружающего воздуха в полдень, и на 11 °С холоднее ночью
Я так понимаю, что ночью речь идет про радиационное выхолаживание?
Но яркость теплового излучения зависит только от температуры тела. Вообще, тепловой баланс в данном случае определяется разностью излученного тепла, поглощенного и теплообмена. Поглощенное тепло ночью зависит прежде всего
от прозрачности атмосферы и, соответственно, температуры падающего излучения
Надеюсь, тут не нужно пояснять, что поверхность ночью остывает вовсе не из-за своих отражающих способностей, а потому, что температура приходящего из космоса излучения ниже, чем температура уходящего? При наличии облаков температура приходящего излучения сильно выше (так как облака заметно теплее, чем космос ;-), и вымораживание поверхности минимально.
А отражающая способность краски тут
вообще ни при чем
Ну или авторов этой краски, если вдруг они действительно утверждают, что и ночью эффект тоже достигается за счет ее уникальной отражающей способности, можно поздравить с изобретением вечного двигателя ;-) А именно, берем теплоизолированный закрытый ящик с равновесным тепловым излучением внутри, красим одну стенку этой фантастической краской, она охлаждается - качаем тепловую энергию, профит!
$-)
Попросту говоря: радиационный баланс любого тела (поверхности) ночью определяется разницей температур
приходящего и ходящего теплового излучения
Если бы это было не так, то привет, термодинамика (см. контрпример "на пальцах" под прошлым спойлером).
А вот равновесная температура тела определяется равенством приходящего тепла (теплообмен с окружающей средой) и уходящего (радиационное выхолаживание). И понизить эту равновесную температуру можно единственным способом - уменьшая теплопроводность поверхности, чтобы уменьшить ее нагрев окружающим воздухом. Так как радиационный баланс в ясную ночь зависит только от температуры этого нашего тела.
Итого: в ночное время остудить тело (поверхность) можно только путем уменьшения этого теплообмена. Например, можно взять прозрачную краску с низкой теплопроводностью. Тогда слой под этой краской будет хорошо излучать тепло и слабо нагреваться окружающим воздухом. И этот слой действительно охладится.
А теперь самое интересное: как ни парадоксально, но с точки зрения глобального потепления данный покрашенный объект только ухудшит ситуацию (во всяком случае, по ночам): Земля в целом станет теплее! Так как после такого окрашивания наша поверхность стала холоднее, чем раньше и, следовательно, мы уменьшили температуру уходящего с Земли излучения. В результате в космос уйдет меньше тепла, чем раньше. А придет - практически столько же (во всяком случае, ночью - суммарный эффект за сутки надо считать).
Неожиданно, правда?
;-)
Я не уверен, но разве, если у нас есть две идентичные планеты, но на одной поверхность излучает в диапазоне, который хуже поглощается атмосферой, то средняя температура такой планеты должна быть ниже, верно?
В примере, который привел@adeshere, краска должна уменьшать теплопроводность поверхности (иначе не будет охлаждения). Следовательно, сокращается отбор тепла из атмосферы. Кроме того, более холодное тело излучает слабее. В итоге общий баланс может оказаться не в пользу варианта с краской.
Равновесная температура планеты тем ниже, чем выше альбедо, то есть её отражающая способность. Не очень понимаю, почему люди лайкают тот комментарий, если в реальности мы наблюдаем и получаем при вычислениях совершенно противоположное: выше отражение — ниже равновесная температура.
Равновесная температура планеты тем ниже, чем выше альбедо, то есть её отражающая способность.
В общем случае - разумеется. Но температура зависит не только от альбедо, которое влияет на нагрев. А еще и от охлаждения планеты. И вот в моем примере как раз и показано, что в результате применения краски оно (охлаждение) может уменьшиться.
Так понятнее?
Не очень понимаю, почему люди лайкают тот комментарий, если в реальности мы наблюдаем и получаем при вычислениях совершенно противоположное: выше отражение — ниже равновесная температура
Так Вы спрашивайте, если какие-то сомнения возникают. Я сюда заглядываю иногда, стараюсь отвечать. Если я в чем-то ошибся, то правильный вопрос поможет эту ошибку исправить. А если, наоборот, читатель в чем-то не разобрался, то значит исходное сообщение недостаточно понятно написано, и диалог тоже будет полезен для всех
В общем случае - разумеется. Но температура зависит не только от альбедо, которое влияет на нагрев. А еще и от охлаждения планеты. И вот в моем примере как раз и показано, что в результате применения краски оно (охлаждение) может уменьшиться.
Так понятнее?
Я не очень понимаю, какой смысл говорить о том, что что-то уменьшается или увеличивается, если нас интересует разность между поглощаемой и излучаемой энергиями. Ну да, излучение уменьшится, но поглощение уменьшится. Без записи формул ничего сказать нельзя.
Если мы говорим про равновесную температуру планеты без атмосферы, то у этого термина есть вполне конкретное определение. Это температура планеты нагреваемой звездой и излучающей как абсолютно чёрное тело в стационарном случае.
A — это альбедо, I₀ — поток излучения звезды.
Вроде бы всё достаточно однозначно. Альбедо больше — температура меньше.
Либо вы не про равновесную температуру планеты говорите.
..нас интересует разность между поглощаемой и излучаемой энергиями. Ну да, излучение уменьшится, но поглощение уменьшится. Без записи формул ничего сказать нельзя.
Да, именно так! Подписываюсь на 100% ;-)
Но в самом начале дискуссии здесь звучала мысль, что эффект от краски понятный и однозначный. А вот это как раз неверно (чрезмерное упрощение). Я спорю вовсе не с тем фактом, что окрашивание может охладить Землю (тут-то как раз у меня нет сомнений) , а с методом его доказательства. Если доказательство игнорирует существенные детали, то оно некорректно.
Во-вторых, мне не нравится публичная пропаганда упрощенных подходов. Так как потом она проникает в массы и в конечном итоге становится основой для серьезных решений, иногда
с катастрофическими последствиями
И я не о политике говорю, вопрос шире гораздо.
Вроде бы всё достаточно однозначно. Альбедо больше — температура меньше. Либо вы не про равновесную температуру планеты говорите.
Разумеется, связь альбедо с равновесной температурой бесспорна ;-)
Но Земля - это все-таки не совсем черный ящик, который хочется рассматривать, как "материальную точку большого размера" (с) ;-)
В современных реалиях мы (к счастью) живем на дне атмосферы, и нас интересует температура именно здесь. А тепловое излучение (которое и обеспечивает равновесную температуру) уходит в космос не только с поверхности, но еще и из атмосферы. Ведь в любом диапазоне, где атмосфера не прозрачна, она излучает сама. И не только на нашу голову, но и в обратную сторону ;-) И что там произойдет с температурой в этих слоях (откуда идет излучение) на разных широтах в ходе текущего потепления климата - вопрос непонятный. Тут даже безо всяких окрашиваний поверхности можно запутаться ;-)
Поэтому взгляд с позиции планетарных альбедо - это интересный аспект (спасибо, что Вы про него вспомнили - имхо это было полезное дополнение к разговору), но все же с ограниченной применимостью.
В общем, я хочу сказать, что система у нас гораздо сложнее, чем просто покрашенный шарик типа Луны. Изменив отражающую способность кусочка суши, мы включим целый океан нетривиальных эффектов и труднопредсказуемых обратных связей. Начиная от "ночного эффекта", и кончая возможными изменениями в циркуляции атмосферы.
Мой первый (провокационный) пост был своего рода намеком на это (ну и не без доли шутки). Похоже, что он сыграл свою роль в качестве затравки дискуссии. Но кто-то наверняка задумался, что не все так просто. И когда добрый японский дядя пойдет с авианосцем по центробанкам шапкой по кругу собирать на окрашивание Сахары, то спросит его - а вы точно все правильно посчитали?
Как я уже написал выше, я не против обсуждения моделей парникового эффекта или других эффектов, ограничивающих излучение. Я лишь хочу сказать, что это утверждение
Земля в целом станет теплее! Так как после такого окрашивания наша поверхность стала холоднее, чем раньше и, следовательно, мы уменьшили температуру уходящего с Земли излучения. В результате в космос уйдет меньше тепла, чем раньше. А придет - практически столько же (во всяком случае, ночью - суммарный эффект за сутки надо считать).
некорректно даже если учесть контекст. Речь идёт о Земле в целом и не только о ночи. Возможно, формулировка некорректна, но тогда почему вы спорите?
А тепловое излучение (которое и обеспечивает равновесную температуру)
уходит в космос не только с поверхности, но еще и из атмосферы.
Это и есть парниковый эффект. Разумеется, он вносит значительный вклад (я даже пример с Венерой приводил), но он сложнее описанного вами явления.
Картинка с упрощённой моделью
Но Земля - это все-таки не совсем черный ящик, который хочется рассматривать, как "материальную точку большого размера" (с) ;-)
Вот именно. И она не состоит из одной ночной стороны.
две идентичные планеты, но на одной поверхность излучает в диапазоне, который хуже поглощается атмосферой, то средняя температура такой планеты должна быть ниже, верно?
Да, все верно. Именно поэтому переизлучение упавшей на Землю энергии в любом другом диапазоне, кроме исходного - это зло (с точки зрения борьбы с потеплением, разумеется ;-)
Дело в том, что упавшее на поверхность излучение потому к нам сюда и попало, что именно в этом диапазоне атмосфера прозрачна. А вот почти во всех остальных, как показывает проза жизни, - не очень. Соответственно, любое переизлучение со сменой диапазона (вместо простого отражения) может только
усилить нагрев Земли
Если же вдруг какой-то "японский доктор" говорит что-то другое, советую поинтересоваться, действительно ли он тот доктор, за которого себя выдает ;-)
Это было бы так, если бы Солнце излучало равномерно. На самом деле — не равномерно.
Тоесть излучая в любом куске пониже где атмосфера не блокирует(справа на картинке где первый и второй график близки) вы получаете охлаждение.
В частности на 2000+нм приходит меньше 5%, а атмосфера вполне прозрачна.
А на 500-900 приходит больше половины излучения, атмосфера поглощает 25% гдето.
Согласен, что солнечный спектр довольно широкий. Но мы ведь изучаем эффект от окрашивания. Дошедшее до поверхности солнечное излучение будет совершенно одинаковым вне зависимости от того, окрашена она или нет. Поэтому поглощение (отражение) длинноволновой части солнечного спектра по пути через атмосферу вниз в рамках нашей задачи - фиксированная константа. Нам достаточно рассматривать только спектр, переизлученный поверхностью.
И вот тут есть два важных нюанса.
Во-первых, чтобы оценить поглощение переизлученной энергии в атмосфере, нам нужно анализировать отношение двух приведенных Вами графиков. В таком формате, как на Вашей картинке, это делать очень неудобно просто в силу неудачного (для этой цели) формата картинки. Гораздо понятнее и точнее окна прозрачности показаны вот здесь. Тут уже показана прозрачность в чистом виде - не надо ничего мысленно делить в уме. И вот на этой правильной картинке хорошо видно, что для теплового излучения коэффициент прозрачности почти везде либо ниже, либо гораздо (кратно) ниже, чем в видимом диапазоне.
Второй нюанс заключается в том, что мы обсуждаем эффект окрашивания, не зная точные спектральные характеристики краски. Из радиотехники известно, что создать покрытие, одинаково эффективно поглощающее в широком спектре, крайне сложно. Если бы авторы краски действительно изобрели какую-то революционную физику отражения/рассеивания, они бы давно уже озолотились на закрытой тематике стелс-технологий. Поэтому наиболее вероятно, что эта краска наиболее эффективно работает лишь в том диапазоне, где максимален поток энергии. То есть - в видимом свете. Соответственно, переизлучение в любом другом диапазоне почти всегда будет усиливать поглощение.
Но даже если допустить, что краска одинаково эффективно работает абсолютно во всех диапазонах, то мой тезис о "вреде" переизлучения все равно остается верным. Просто доказательство станет чуть-чуть длиннее. Еще раз посмотрите на рисунок 2.3. Солнечный спектр, как и положено спектру абсолютно черного тела, достаточно гладкий. Поэтому в любой локально взятой области, где рядом есть полосы пропускания и полосы поглощения, на Землю, в основном, приходит то излучение, которое попало в полосу пропускания. (Остальное более или менее задержано атмосферой). Если теперь переизлучить пришедшее излучение на любой другой частоте (не забываем, что она всегда будет ниже исходной), то лишь часть этой переизлученной энергии попадет в области пропускания. А другая часть - в области поглощения. И, следовательно, в сумме атмосфера поглотит больше энергии, чем если бы мы переизлучали упавшую радиацию на той же самой частоте.
Если хотите получить
абсолютно точный ответ в цифрах
то надо для каждой частоты взять значение графика на рисунке 2.3 (т.е. коэффициент пропускания на данной частоте) и сравнить его с интегралом от этого графика на переизлученных частотах. А затем полученную функцию частоты умножить на спектр солнечного излучения, поступившего на поверхность, и еще раз проинтегрировать по частотам. Для максимальной точности можно еще при первом интегрировании учитывать спектр излучения краски, но он почти наверняка гладкий, и большой разницы не получится.
Но в целом при взгляде на рис.2.3 результат совершенно очевиден и без интегрирования. Другой вопрос, что приведенный Вами рисунок мысленно проинтегрировать гораздо сложнее (привет, нормировка!), и поэтому при взгляде на него правильный ответ не совсем очевиден
Итого повторю еще раз свой тезис:
В реальных условиях (спектр излучения Солнца и прозрачность земной атмосферы заданы) переизлучение поступившей от Солнца энергии в более длинноволновой области (=тепловое излучение) неизбежно приведет к увеличению ее поглощения в атмосфере по сравнению с переизлучением на той же самой частоте.
Вдогонку
В частности на 2000+нм приходит меньше 5%, а атмосфера вполне прозрачна.А на 500-900 приходит больше половины излучения, атмосфера поглощает 25% гдето.
Во-первых, атмосфера на 2000+нм не совсем прозрачна (см.правильный вариант рисунка с окнапми прозрачности в аккуратном масштабе).
Во-вторых, я кажется понял Вашу мысль: вы предлагаете переизлучать упавшую радиацию строго в окнах прозрачности? К сожалению, это физически невозможно. Микроволновое (тепловое) излучение всегда имеет спектр, близкий к спектру абсолютно черного тела с соответствующей температурой. Чтобы получить максимум излучения на частоте около 2000нм, придется охладить излучатель до криогенных температур. Но даже если мы не поленимся и сместим максимум спектра в нужную область, то энергия такого излучения (и, следовательно, теплоотвод) будут ничтожными (привет, четвертая степень температуры ;-)
Не совсем понимаю как по-вашему может усилиться нагрев земли из за переизлучения этой новой краски если и так без этой краски наверное буквально вся поверхность земли уже переизлучает (почти) все пришедшее от солнца излучение в непрозрачном для отмосферы спектре. Как вы и сказали что зеркало переизлучает в том же диапазоне, но вот зеркал на поверхности земли как то мало, а все остальное будет излучать в инфракрасном диапазоне.
И ещё ваше замечание про ночной режим как то не сходится с остальными вашими вполне годными объяснениями, вы же сами давали задачу про 90% сферу в вакууме, тут тоже самое даже если эта супер краска имеет меньшую теплопроводность это всего лишь замедлит прием атмосферного ночного излучения, но ни как не уменшит его, следовательно общий баланс день/ночь для этой новой краски не ухудшится.
Ну и напоследок, что бы 2 раза не вставать, мне как потенциальному потребителю вообще фиолетово на так называемое глобальное потепление, а вот то что краска прекрасно переизлучает и может охладить(точнее сделать холоднее по сравнению с другой краской) крышу моего дома для меня важно. Так что да, я согласен с вами в том что с точки зрения этого потепление эта краска скам, но я считаю ее потенциально годным продуктом, который я бы купил чтобы сэкономить на кондее летом.
Не совсем понимаю как по-вашему может усилиться нагрев земли из за переизлучения этой новой краски
Я утверждаю, что охлаждение Земли будет более эффективным, если просто отражать излучение обратно (на той же частоте). Смещение частоты в более длинноволновую область (при переизлучении) увеличит поглощение в атмосфере и, соответственно, нагрев Земли.
Это - совершенно самостоятельный тезис. Он следует из анализа окон прозрачности атмосферы. Это был мой ответ на чью-то ошибку. К краске и ее свойствам этот тезис прямого отношения не имеет. Это просто факт, который надо учитывать при анализе возможных эффектов окрашивания, и не более того.
без этой краски наверное буквально вся поверхность земли уже переизлучает (почти) все пришедшее от солнца излучение в непрозрачном для отмосферы спектре.
Разумеется. Кстати, я этот факт упоминал в соседней ветке. Возражение-то в чем?
...зеркало переизлучает в том же диапазоне, но вот зеркал на поверхности земли как то мало
Пример с зеркалом - это просто предельный случай. На фоне которого мы можем увидеть весь диапазон вариантов (от полного поглощения до полного отражения). А то тут у кого-то мелькнула мысль, что краска может "излучать" эффективнее зеркала. Так вот, это в принципе невозможно. Сравнение с зеркалом - это просто способ избавиться от иллюзий, если вдруг они при просмотре роликов возникают.
даже если эта супер краска имеет меньшую теплопроводность это всего лишь замедлит прием атмосферного ночного излучения, но ни как не уменшит его,
Где я писал про атмосферное ночное излучение? Если Вы меня так поняли, то извините, возможно была плохая формулировка. Атмосфера прозрачна (в видимом диапазоне) и следовательно, не излучает в нем вообще ничего. Этого излучения физически нет. Как можно "замедлить" прием того, чего нет?
Я писал, что ночью краска уменьшает теплоотвод Земли, снижая поток излучения от Земли в космос (в пределах окрашенной зоны). Вот и все. К излучению-поглощению в атмосфере этот конкретный факт прямого
отношения не имеет
Если быть совсем точным, то все же имеет, т.к. часть этого излучения в обоих случаях атмосферой будет поглощена. Но этот коэффициент поглощения в обоих случаях будет практически одинаковый. Соответственно, теплоотвод зависит в первую очередь от мощности излучения. А она на покрашенной поверхности будет ниже.
следовательно общий баланс день/ночь для этой новой краски не ухудшится.
Давайте тут отделим мух от котлет. Есть два тезиса. Во-первых, ночное охлаждение Земли краска все же уменьшит. Во-вторых, днем у нас будет именно эффект охлаждения (величину эффекта надо считать, но его знак бесспорен).
В результате:
1) да, суммарный эффект охлаждения от краски за сутки будет присутствовать, но
2) ночной эффект краски имеет обратный знак и из-за него общий баланс за сутки ухудшится (по сравнению с тем, если бы мы считали только дневной эффект)
.... может охладить крышу моего дома для меня важно.
А вот в этом как раз нет ни малейших сомнений! Крышу дома (и вообще любой локальный объект) такая краска будет охлаждать замечательно. Если авторы не врут с цифрами - ее альбедо на одном уровне с полированными металлами или даже чуть лучше. Но у металла при хорошем альбедо высокая теплопроводность, а эта краска - еще и теплоизолятор (что снижает нагрев подложки). Для дома это может и не очень важно (чердак по-любому теплоизолировать надо), а вот для автомашин может иметь значение.
Так что я не против краски, как таковой. Я всего лишь возражаю против того, что она является лучшим методом остановки глобального потепления ;-)
Почему Земля должна стать теплее, если вы говорите, что она излучает меньше, так как стала холоднее? Значит в итоге холоднее стала же. Да, она будет излучать меньше, но она и получать тепла будет меньше.
Никто и не говорит, что если увеличить долю отражённого тепла, Земля остынет до абсолютного нуля. Речь о том, чтобы сместить баланс и уменьшить температуру на некоторую величину.
Почему Земля должна стать теплее, если вы говорите, что она излучает меньше
Потому что выражение (13-5) меньше, чем (13-1).
Вы ведь согласны, что 8 < 12?
В приведенном примере 13 - это исходное количество теплоты на Земле в некоторых условных единицах, а 5 и 1 - это количество энергии, которую она излучила в космос, в некоторых совершенно
условных единицах
Цифры, понятно, условные - для наглядности. Но чтобы никто не придирался к абсолютным значениям цифр, пусть эти единицы будут монотонными, но нелинейными. Мой крокодил - как хочу, так и меряю (с) ;-)
Попросту говоря, если в космос уйдет меньше энергии, то на Земле ее останется больше. И на Земле в целом станет теплее. Несмотря даже на то, что одна конкретная точка на ней охладится. Так понятно?
Если уж быть совсем честным, то в приведенные выше уравнения надо добавить третий член - поглощенную энергию. Но ночью на Землю поступает излучение с температурой, близкой к абсолютному нулю. Поэтому его вклад в тепловой баланс в любых единицах будет совершенно ничтожным. (Напомню, там четвертая степень температуры)
Значит в итоге холоднее стала же.
Понимаете, когда речь идет о сложных системах, бытовая интуиция
часто подводит
Например, пусть у Вас есть сферическая герметичная кухня в вакууме (с), в которой чересчур жарко. Можно ли сделать кухню прохладнее, если на ночь оставить дверцу холодильника открытой? Бытовая интуиция говорит, что раз холодильник все охлаждает, то он и кухню охладит тоже, хотя бы немного. А на самом деле у холодильника КПД очень сильно меньше единицы, поэтому в приведенном примере кухня очень ощутимо нагреется.
А вот кондиционер, в отличие от холодильника, остудить помещение может, так как он нагревает окружающее пространство (система не замкнута).
Поэтому физики (да и математики) часто абстрагируются от внутреннего устройства сложных систем, а вместо этого окружают их некоторым условным контуром, и смотрят: сколько чего туда внутрь поступает, а сколько выходит. Например, чтобы в каждый момент времени точно знать, сколько машин находится на парковке, не обязательно бегать по ней и считать машины. Достаточно в момент открытия автостоянки поставить у ворот счетчик, который будет учитывать: сколько машин туда въехало, и сколько выехало.
Вот в нашем примере с краской все ровно то же самое. Вместо того, что учитывать нагревание и охлаждение краски, подстилки, воздуха, соседних предметов и пр., я просто провел условную границу между Землей и космосом. И посчитал, сколько тепла прошло через эту границу в прямом и обратном направлении. И все...Да, результат на первый взгляд контринтуитивный. Но на другой стороне - школьная математика...
Да, она будет излучать меньше, но она и получать тепла будет меньше.
Ну вообще-то я написал, что для простоты расследования я начал с теплового баланса на ночной стороне Земли. Где поступающая на Землю энергия с очень хорошей точностью равна равна нулю. Для дневной стороны ситуация сложнее - надо учитывать падающее излучение. Очевидно, что краска часть энергии отразит обратно в космос, что напрямую уменьшит поглощение энергии Землей. Но поскольку краска не зеркальная, а матовая, то вверх уйдет лишь часть этой энергии. Остальное отразится в разных других направлениях. Соответственно, то излучение которое пойдет
близко к горизонтали
кстати, формула для телесных углов говорит, что если излучать во все стороны равномерно, то примерно половина излучения пойдет в направлениях, близких к горизонту (не более 30 градусов от горизонтали)
будет пересекать гораздо более мощную толщу атмосыферы поглощаться намного сильнее, чем
идущее вверх
Да, солнечное излучение тоже падает не отвесно. Но все, что с ним произойдет до попадания на поверхность, не зависит от того, окрашена наша площадка, или нет. Поэтому там ничего не изменится. А мы-то ведь изучаем изменения, возникающие в результате окрашивания...
Ну и какая-то часть отраженного излучения попадет на соседние предметы и будет поглощена ими.
Итого получаем, что днем краска гораздо менее эффективна, чем
зеркало, отражающее солнечный свет вертикально вверх
или облачный слой, который вообще
почти все отражает
Впрочем, с облачным слоем тоже не все однозначно: солнечное излучение он отражает, но и земное микроволновое не пропускает. Поэтому для максимально эффективной борьбы с потеплением надо включать облака днем и выключать на ночь.
Короче говоря
если Вам кто-то предлагает очень простые решения очень сложных проблем (точнее, проблем, возникающих в сложных системах с обратными связями), то к таким предложениям надо относиться с очень большой осторожностью. Да, изредка может оказаться, что они и правда работают. Но гораздо больше шансов на то, что вам просто пудрят мозги, и что действительная цель авторов таких предложений очень сильно отличается от той, которая декларируется публично. Ничего личного - просто жизнь, к сожалению, так устроена :-(
но более эффективна, чем неокрашенная поверхность, которая значительную часть энергии поглощает, а остальное рассеивает (причем тоже во всех направлениях, а не вверх).
Но вот насколько сильным будет этот эффект охлаждения Земли краской (ведь часть энергии все-таки уйдет прямо вверх!) - без цифр в руках сказать невозможно. Разница температур на 4 градуса, приведенная в статье, говорит, что этот эффект не очень большой. С другой стороны, микроволоновое излучение покрашенного участка тоже уменьшится, соответственно, это даст положительную добавку в тепловой баланс Земли, то есть
нагреет Землю
Впрочем, из "первых принципов" (законы сохранения) следует, что в дневное время эта положительная добавка заведомо будет меньше, чем эффект охлаждения за счет отражения вверх. То есть, она может уменьшить эффект дневного охлаждения, но не изменить его знак
аналогично тому эффекту, который эта краска дает ночью.
Итого, эффект от краски будет многоплановым и не очень простым. В сумме какое-то охлаждение она, безусловно, даст, однако даже в идеальной модели эффект будет частично скомпенсирован уменьшением потока микроволонового излучения,
уходящего от Земли
На всякий случай уточню, что это микроволновое излучение - это такая же важная часть теплового баланса Земли, как и приходящее солнечное излучение. Именно в силу их равенства (с точностью до эндогенного теплового потока и прочих мелочей) температура поверхности примерно стабильна.
Попросту говоря, температура Земли в одинаковой степени зависит как и от приходящей солнечной радиации, так и от интенсивности собственного микроволнового излучения
P.S. Но вообще, вся эта история с краской больше смахивает на хайп. Если уж мы действительно хотим
заняться геоинжинирингом
в необходимости чего у меня есть очень большие сомнения, которые к тому же кратно усиливаются из-за невозможности надежного прогнозирования результатов таких воздействий
то вместо окрашивания мегаповерхностей (что по определению дорого и недолговечно) есть тьма гораздо более эффективных методов.
Потому что выражение (13-5) меньше, чем (13-1).
Можете не бояться писать формулы. Я изучал как дифференциальные уравнения, так и термодинамику в университете.
Как случайные числа иллюстрируют ваш тезис, я не очень понимаю. Как не понимаю, почему увеличение альбедо влияет на излучение, но не влияет на поглощение.
Да, результат на первый взгляд контринтуитивный. Но на другой стороне - школьная математика...
Прошу прощения, но математики я не увидел, только качественные рассуждения.
Ну вообще-то я написал, что для простоты расследования я начал с теплового баланса на ночной стороне Земли.
В предпоследнем абзаце вывод делается для всей Земли: «Земля в целом станет теплее!» Изучения баланса на ночной стороне недостаточно для такого утверждения.
Как случайные числа иллюстрируют ваш тезис, я не очень понимаю.
Случайные цифры мне были нужны, чтобы построить контрпример к утверждению: "Почему Земля должна стать теплее, если вы говорите, что она излучает меньше (...)"
Ведь если кто-то Вам скажет, что все нечетные числа простые (с), то Вы имеете право привести в качестве контрпримера "21"? Хотя на первый взгляд это просто
случайное число
я его выбрал по принципу 21=42/2 ;-)
Так что не надо искать за этими моими цифрами какой-то глубокий смысл. Если контрпример неудачный - так и рубите. Попробую как-то по-другому сказать ;-)
Можете не бояться писать формулы.
Прежде, чем переходить к формулам, надо поставить задачу на качественном уровне. Никакой настоящей математики за моими оценками пока и близко нет, это лишь рассуждения на уровне "больше-меньше". Хотя, когда речь идет о знаке суммы a+b-c+d-e, то иногда даже простые оценки, что b>c, а d>e, бывают полезны. А для нормальных вычислений у нас просто данных нет. (А если б и были, то это вопрос не для комментария, а для отдельной статьи). В общем, под "школьной математикой" я всего лишь имел в виду простой факт, что вычитая больше, в результате получается меньше.
В предпоследнем абзаце вывод делается для всей Земли: «Земля в целом станет теплее!» Изучения баланса на ночной стороне недостаточно для такого утверждения.
Мне казалось, что из контекста понятно - речь идет о балансе для ночной половины. Наверно, формулировка и правда не очень удачная, раз Вы ее поняли по-другому. Вообще-то чуть ниже в том же сообщении я прямо написал, что "В сумме какое-то охлаждение она, безусловно, даст". Это следует просто из оценок на пальцах, что днем температура выше, и изменения радиационных потоков существенно выше, чем ночью. А следовательно, абсолютная величина дневных эффектов будет больше ночных. Поэтому знак итогового баланса за сутки вполне однозначен.
Но вот величина этого охлаждения, если даже мы мысленно покрасим всю Землю (ну или существенную ее часть), совершенно не будет равна той разнице температур, которые были измерены для покрашенных и контрольных участков (с поправками на широту, погоду, площадь и др., естественно). А как я понял по самым первым комментариям, у некоторых участников обсуждения могла возникнуть такая иллюзия. Вот эту иллюзию я и пытался развеять...
Случайные цифры мне были нужны, чтобы построить контрпример к утверждению
Это не контрпример. Мне кажется, вы не поняли суть утверждения. Я говорю о том, что когда есть взаимозависимые величины X и Y, и мы говорим, что при уменьшении X уменьшается Y, то это не значит, что при уменьшении X будет уменьшаться и разность X - Y.
В общем, под "школьной математикой" я всего лишь имел в виду простой факт, что вычитая больше, в результате получается меньше.
В разности именяются обе величины. Либо делать выводы о температуре всей планеты некорректно.
Прежде, чем переходить к формулам, надо поставить задачу на качественном уровне.
Я к тому, что вы пишете очень длинные комментарии с качественным описанием, которые могли бы быть короче, если бы вы писали формулы, описывающие, что от чего зависит.
Формулы — это не обязательно количественные оценки. Например, если я запишу дифференциально уравнение для, скажем, модели SIR, то это и будет качественное описание модели распространения заболевания, показывающее что от чего зависит. И полезно его исследовать даже бед постановки каких-то чисел.
Мне казалось, что из контекста понятно - речь идет о балансе для ночной половины.
В последнем абзаце вы экстраполируете вывод на всю Землю.
такое перенаправление энергии практически не повлияет на космос. По его словам, Солнце уже излучает более чем в миллиард раз больше тепла, чем Земля, и этот метод просто отражает уже генерируемое Солнцем тепло. «Это всё равно, что вылить чашку обычной воды в океан», — сказал д-р Мундай.
Что?! Они всерьёз обсуждают как не перегреть космос отражением от краски?! У доктора всё в порядке с головой?
Будто прочёл бред сумасшедшего. Вечно лезут туда, в чём нихрена не понимают.
Напоминает бородатый анекдот:
Hidden text
Во время перестройки Политбюро воскрешает Сталина и спрашивает, как навести порядок в стране?
- Надо расстрэлять половину из вас и покрасыть Крэмль в зэлёный цвэт.
-А почему в зелёный цвет?
- Я так и знал, что по первому пункту возражэный нэ будэт.
Когда-то мой отчим меня спрашивал "на какую кнопку тут нажать чтобы запрограммировать (это он так называл разработку) игру?
Это я к тому, что климат - это тысячи процессов, влияющих друг на друга. Какие-то с положительной обратной связью, какие-то - с отрицательной. Какие-то напрямую, а какие-то - опосредованно. Короче, это весьма сложная система. Удивляют люди, которые верят, что можно найти вот такую кнопку, решающую все проблемы и не создающую целой кучи других проблем
А что с ней будет через год? А через пять? Пыль, грязь, мойка чем-то и как-то.
Выглядит как попытка собрать бабла и свалить в закат. Нормальные люди делают краску которая поможет за 10 лет сэкономить Н мегаватт на кондиционаровании. А не спасают планету.
А теперь серьёзно, ну почти, о масштабах. Два процента поверхности Земли это 510072000кв.км × 0,02 = 10201440кв.км.
Много это лили мало? Территория РФ составляет 17125191кв.км., Канады 9984670кв.км., Китай (КНР) 9598962кв.км., Соединённые Штаты Америки (США) 9147593кв.км., Бразилия 8515767кв.км., Австралия 7686850кв.км.
Какую страну поручим красить девочке Гре́те Тинтин Элеоноре Э́рнман Ту́нберг? Или сразу отправим её выкладывать слово «Вечность»?
«Шта? Я не подписывалась!»
Т.е. солнечные панели, которыми наверно будут заполнять гектары полей помогут, т.к. часть они поглощают (далее в электричество), а часть отражают. Из также нужно будет по площади не меньше чем с Сахару.
На одну белую крышу, отражающую солнечный свет, придётся несколько десятков крыш, покрытых солнечными батареями, поглощающими энергию, и что в итоге?
А вообще люди нерационально используют крыши. Я считаю, что на крышах стоило бы делать газончики, ставить лёгкие беседки с лавочками и фонтанчиками, чтоб офисный работник или житель каменных джунглей всегда мог подняться на лифте и немного посидеть среди зелени, слушая журчание воды, попивая чаёк. Это снизило бы негативное влияние города на психику людей.
Прохладная история. Не боитесь так перегреть космос?
А не проще вывести спутник в точку лагранжа и затенить землю, за одно можно и магнитное поле развернуть для защиты от радиации?
Барий, по токсичности сопоставим со свинцом. Именно это одна из причин перехода на нетоксичный диоксид титана в качестве белого пигмента.
Учёные рассчитали, что можно остановить глобальное потепление, покрасив 2% поверхности Земли в белый цвет