211service.com
Aerosoli, klimata pārmaiņas un Planka likuma dramatiskā neveiksme
1991. gadā Pinatubo kalna izvirdums Filipīnās izlaida aptuveni 20 miljonus tonnu sēra dioksīda atmosfēras augšējos slāņos. Sēra dioksīds reaģē ar citām vielām, veidojot gaisā esošās nanodaļiņas, ko sauc par sulfātu aerosoliem, kas mēdz atstarot saules gaismu.
Līdz ar to divu gadu laikā pēc izvirduma globālā temperatūra pazeminājās par aptuveni pusi grādu.
Aerosolu ietekme uz Zemes klimatu ir ļoti svarīga, taču prātam neaptverami sarežģīta. Papildus Zemes dzesēšanai daži aerosoli, piemēram, sodrēji, mēdz absorbēt saules gaismu un tādējādi sildīt atmosfēru.
Milzīgs neatrisināts jautājums klimata zinātnē ir tas, kā šie siltuma absorbcijas un atstarošanas procesi tiek līdzsvaroti.
Daļa no problēmas ir tā, ka neviens nesaprot, kā nanodaļiņas absorbē un izdala siltumu. Teorētiski šo procesu regulē Planka likums, kas apraksta elektromagnētiskā starojuma daudzumu, ko noteiktā temperatūrā izstaro perfekts melns ķermenis.
Bet praksē reāli objekti neizstaro siltumu perfekti, tāpēc fiziķiem ir jāpiemēro korekcijas koeficients, ko sauc par spektrālo emisiju. Tas ir atkarīgs no objekta virsmas īpašībām – piemēram, materiāla un raupjuma.
Tomēr pēdējos gados ir parādījušies vilinoši pierādījumi, kas liecina, ka šajā procesā var būt nozīme arī objekta formai un tilpumam.
Šodien Kristians Vutke un Arno Raušenbeutels Vīnes Tehnoloģiju universitātē Austrijā pirmo reizi parāda, kā un kāpēc tā ir taisnība.
Viņi norāda, ka, ja objekts ir liels salīdzinājumā ar tā izstarotā starojuma viļņa garumu, dominē virsmas efekti. Bet, ja objekts ir mazs salīdzinājumā ar viļņa garumu, starojums var tikt izstarots no jebkura punkta tā tilpumā. Tādā gadījumā daļiņas ģeometrijai ir jāspēlē nozīme.
Lai pierādītu šo faktu, viņi izmērīja siltumu, ko izstaro silīcija nanošķiedra ar diametru 500 nm, kas ir daudz mazāks par termiskā starojuma viļņa garumu.
Tie parāda, ka šo siltuma emisiju nevar aprakstīt ar Planka likumu, pat ja tiek piemērots korekcijas koeficients.
Tā vietā Wuttke un Rauschenbeutel precīzi modelē izvadi, izmantojot citu teoriju, ko sauc par fluktuācijas elektrodinamiku, kurā ņemta vērā eksperimenta ģeometrija.
Faktiski tie parāda, ka fluktuācijas elektrodinamika var precīzi modelēt nanoobjektu siltuma absorbcijas un emisijas raksturlielumus, pirmo reizi tas ir iespējams.
Tas būtiski ietekmēs siltumu izstarojošu ierīču, piemēram, kvēlspuldžu, ražošanu, kuras varētu padarīt daudz efektīvākas, ja to siltuma emisija tiktu rūpīgāk kontrolēta.
Bet vislielākā ietekme, visticamāk, būs klimata zinātnē. Šie rezultāti varētu arī palīdzēt labāk izprast makrodaļiņu, piemēram, augsnes erozijas radīto minerālu putekļu aerosolu un sadegšanas avotu kvēpu ietekmi uz klimata sistēmu, absorbējot un izstarojot saules un termisko starojumu, saka Vutke un Rauschenbeutel.
Šī jaunā pieeja nozīmē, ka vajadzētu būt iespējai noteikt atsevišķu nanodaļiņu termiskās īpašības no pirmajiem principiem.
Tas būs ilgs un sarežģīts process, taču tam vajadzētu būt izšķirošam elementam turpmākajos modeļos par to, kā aerosoli ietekmē klimatu.
Atsauce: arxiv.org/abs/1209.0536 : Planka likuma pārbaude objektam, kas ir plānāks par termisko viļņa garumu