Koldioxid – Myten som Global Uppvärmare

Här kommer en artikel som visar med laboration (skrolla ned) att koldioxid sänker atmosfärens temperatur. Koldioxid fungerar alltså som en utjämnande faktor för klimatet om ökad solinstrålning skulle göra klimatet varmare. Koldioxid motarbetar en uppvärmning av atmosfären.

Världshaven står hela tiden i jämvikt med atmosfären då det gällen en mängd olika gaser. En av dessa gaser är koldioxid. Världshaven har löst och lagrar enorma mängder koldioxid, ca 20 miljoner gånger mer koldioxid än ett årligt utsläpp till atmosfären, alla källor inräknade (varav människan bara står för 3,4%).

Då solen värmer jorden mer över vissa perioder, beroende på solens olika cykler, kommer världshaven gasa av koldioxid till atmosfären (koldioxid löser sig sämre i varmare vatten). Vid minskad solinstrålning kommer mer koldioxid att lösa sig i oceanerna (koldioxid löser sig bättre i kallare vatten).

Om koldioxidkoncentrationen i atmosfären ökar, kommer mindre vattenånga (vatten) att kunna uppehålla sig i atmosfären och faller ner som regn. Vatten har hög specifik värmekapacitet (4,19 KJ/kg×K) och koldioxid har lägre specifik värmekapacitet (0,84 KJ/kg×K). Bra värmeackumulerande vatten byts ut mot mindre bra värmeackumulerande koldioxid. Gastrycket i atmosfären är detsamma. Koldioxid fungerar alltså som buffert mot ökad uppvärmning av jordens klimat.

Atmosfärens ändrade komposition över geologiska tidsrymder?

Vår atmosfär har sakta ändrats sedan tidernas begynnelse. Från början bestod den av vattenånga, svavelsyra, koldioxid, ammoniak och andra otrevliga gaser. Jorden var i början helt obeboelig. Då den geologiska aktiviteten så småningom minskade började syre produceras av världshaven. Blågröna alger använde den koldioxid som lösts i vattnet och skapade istället syre. Syret började lagras i haven och så sakteliga hamnade gasen också i atmosfären. En jämvikt ställde in sig som idag innebär att vi har en atmosfär som består av: 21 % syrgas, 0,04 % koldioxid, 78 % kvävgas samt en varierande mängd vattenånga (1-4 %) och vissa ädelgaser, etc.

Vattenånga och koldioxid har förmåga att absorbera värme (långvågig strålning) och senare skicka iväg den igen. Detta gör att atmosfären håller kvar mycket värme nära jordytan – där atmosfären är som fuktigast och har högst tryck.

Koldioxidtillskott som människan bidragit till är små då vi jämför med ett rejält vulkanutbrott. Av atmosfärens 0,04 % CO2 så sägs människan bidraga med 3,4 %, dvs. 3,4 % av 0,04% vilket ger: 0,00136%, 13,6 ppm.

Här kommer en laboration som påvisar koldioxidgasens temperatursänkande påverkan på atmosfären. Laborationen kan utföras i klassrum eller hemma.

Laborationsuppställning

Uppgift: Påvisa om koldioxid har en värmande eller avkylande effekt som “växthusgas”.

Material: 2 st termometrar (gärna digitaltermometrar), två stycken mineralvattenflaskor med kolsyrevatten, aluminiumfolie, silvertejp, solig fönsterplats.

Utförande: Termometrarna måste vara synkrona, dvs. visa samma gradantal (^oC) vid samma temperatur. De skall i isvatten visa 0 ^oC och i kokande vatten 100 ^oC. Om de skulle avvika från varandra lite så måste man ta reda på hur de avviker från varandra.

Ta bort etiketterna från pet-flaskorna. Det är enkelt om etiketterna är av plast och sitter löst. Häll ut vatten ur pet-flaskorna så att det återstår ca 7 cm vatten i ena flaskan. Låt all kolsyra i denna flaska gasas av under ett par dagar. Skaka flaskan och ha öppen kork. Gör ett litet hål i korken så att antingen en laborationstermometer (stavtermometer) eller digitaltermometer kan ha sin givare ca 3 cm ner i flaskan. Det går att smälta hål i korken med en metallsyl värmd över stearinljus. Fixera termometerns givare med silvertejp och låt ej givaren vara i kontakt med flaskans innervägg utan den skall vara fri. Se till att den andra flaskans kork också får ett hål med termometergivare nerstucken på samma sätt som i första flaskan. Fixera och täta med silvertejp så gott det går. Låt andra flaskans vattenmängd vara lika den i första flaskan. Låt kolsyran vara kvar. Täck översta delen av pet-flaskorna lika mycket med aluminiumfolie så att solen ej direkt kan lysa på givarna. Låt båda flaskorna stå i ett söderfönster och invänta solsken. Se till att gastrycken i flaskorna är desamma, dvs. gas skall kunna passera ut eller in i flaskorna beroende på olika lufttryck – det skall vara samma tryckförhållanden i båda flaskorna. Det åstadkoms även om man tätar ordentligt med silvertejp.

Uppställning: enl. figur nedan, och som beskrivs i texten under “utförande”. Det går att göra om experimentet i olika fönster för att se ev. avvikelser.

Resultat: Termometrarnas samstämmighet: Termometrarna visar samma gradantal vid samma temperatur. (I detta experiment verkar det som om termometer 2 visar 0,0-0,3 ^oC mer än termometer 1 vid samma temperatur. Många tester visar det vid olika temperaturer.)

Bilden visar experimentet nattetid i rumstemperatur (elementet är inte på).

Temperatur vid solbelysning (bilden nedan): flaska nr 1, som endast har atmosfärisk vattenånga ovan vattenytan (vanlig luft), börjar få en högre temperatur jämfört med flaska nr 2, som har extra koldioxid i sin atmosfäriska gas. Som synes i bilden nedan skiljer sig gradantalet ca en grad Celsius.

På natten utan solexponering var det samma temperatur i båda flaskorna. Så var det natt efter natt och även dag efter dag då inte solen låg på. Temperaturen var samma i båda flaskorna. Så fort solen började lysa på experimentet och temperaturen ökade uppstod en temperaturdeviation mellan flaskorna på omkring en grad Celsius. Experimentet var uppe under ca två veckor och resultatet var detsamma varje gång solen sken på flaskorna och speciellt då temperaturen gav uppemot 30 grader eller mer. Koldioxidhalten i flaska 2 behövde initialt sjunka lite innan vi kom fram till de förhöjda koldioxidhalterna som gav temperatursänkning under solsken.

Slutsats: Koldioxid (i detta experiment) verkar minskar atmosfärens värmehållande effekt, och bidrar till avkylning av atmosfären, jämfört med vattenånga. Koldioxid bidrar till en minskande “växthuseffekt”, och har en avkylande effekt på jordens atmosfäriska klimat, som “växthusgas”.

Bilden ovan visar att nu lyser solen på pet-flaskorna. Nedan visas temperaturen i de båda flaskorna.

Diskussion:

Den allmäna gaslagen:

p * V = n * R * T
p = tryck (N/m²)
V = volym (m³)
n = substansmängd (molantal; 1 mol = 6,02 * 10²³ st molekyler eller atomer)
R = gaskonstanten (8,3145 J/(mol * K))
T = absoluta temperaturen (K (Kelvin))

I experimentet kan p, V, R anses vara konstant. Detta gör att när temperaturen ökar så minskar antalet molekyler i gasen. På samma sätt när temperaturen minskar så tillåts fler molekyler i flaskans atmosfär.

När temperaturen ökar så ökar kollisionerna av gaspartiklar. Trycket är samma i båda flaskorna vilket gör att det finns färre gaspartiklar i flaska 1 (luft) jämfört med i flaska 2 (luft och extra koldioxid). Då flaska 2 har lägre temperatur tillåts fler gaspartiklar att finnas i flaskans atmosfär.

Ett tillskott av koldioxid till luften får en del vattenånga att kondensera till vatten. Detta kan ses om istället två pet-flaskor som flaska nr 1 ställs upp (vanlig luft i båda). Låt dessa flaskor stå ett tag. Därefter i flaska 2 av dessa löses lite bakpulver till vattnet och lite ättiksyra hälls sedan i. Den kemiska reaktion som sker skapar koldioxid som går upp i flaskans atmosfär enl. reaktionen:

Natriumvätekarbonat (bakpulver) + ättiksyra –> natriumacetat + vatten + koldioxid

NaHCO₃ + CH₃COOH –> CH₃COONa + H₂O + CO₂

Detta gör att vattenånga kondenserar på flaskans insida (eller försvinner ut ur flaskan). Atmosfärens värmehållande egenskap (“växthuseffekt”) avtar och temperaturen sjunker. Koldioxid är en rejält sämre växthusgas jämfört med vattenånga, vilket gör att ett extra tillskott av koldioxid till jordatmosfären sänker dess temperatur. Man kan alltså inte påstå att koldioxid skulle höja temperaturen på jorden, då vattenånga inte tillåts befinna sig i atmosfären i samma mängd som innan koldioxidtillskottet.

Resultat är att Koldioxid minskar jordatmosfärens nuvarande växthuseffekt och temperatur.

Här kommer felkällor till denna laboration som måste tas i beaktande. Denna laboration visar inget absolut scenario för växthushuseffekten för själva uppställningen lämnar en del frågetecken och interaktionerna mellan ingående gaser är också komplicerad då de alla har olika egenskaper.

Att korken är öppen med ev. “litet pys”:
===============================
När solen ligger på så kommer gas från flaskan att lämna flaskan. Att vi med detta experimentet kan säga att båda flaskorna lämnar lika mkt gas – det vore ett falskt påstående. När solen minskar kommer istället luft utifrån att ta sig in i flaskan – en liten “andning” hos flaskan. Vid konstant solsken och ökande temperatur kan vi däremot säga att flödet av gas borde vara riktat utåt från flaskorna.

Temperaturgivaren:
=======================
Denna skall vara centrerad i flaskan och på samma höjd. Inte heller detta kan garanteras.

Konvektionsceller:
=======================
Flaska nr 2 med koldioxid kan komma att ha två huvudsakliga konvektionsceller (varmare luft stiger och kallare sjunker). Koldioxid är en tyngre (CO₂; 0,04%, 44 g/mol) gas än luft som huvudsakligen innehåller Kvävgas (N₂, 78%, 28 g/mol), Syrgas (O₂, 21%, 32 g/mol) och Argon (Ar,1%, 40 g/mol). Vi får anta att om koldioxidhalten är ganska hög i experimentet så kommer koldioxid självt att ha konvektionsceller ovan vattenytan. Resterande luft kommer at ha konvektionsceller ovan dessa, och skulle dessutom kunna ha en lägre temperatur. Nu har detta experiment gjorts med temperaturgivarna placerade längre ner i flaskorna också, och experimentet har fortfarande visat att när solen ligger på så har flaska nr 2 med lite adderad koldioxid en lägre temperatur. Vi får anta att koldioxiden blandats ut i experimentet då dess halt är låg och locket är minimalt-pys-öppet. För att minimera lågtemperaturkonvektion över koldioxidkonvektionscellerna skulle aluminiumfolien stoppa detta, eftersom solen inte kan skina igenom aluminiumfolien och värma gasen i den övre delen av flaskan där temperatursensorn är.

Varning – Felaktigheter i laborationer som vill visa på att koldioxid höjer atmosfärisk temperatur. Dessa utförs idag i skolor.
=======================
Flera laborationsuppställningar med referensflaska har satts upp i skolor runt om i världen för att visa på koldioxidens uppvärmande effekt i en atmosfär. Dessa experiment har designats för att visa på att koldioxiden är ansvarig för temperaturhöjningen mellan 1980 och 2000. Man har satt upp experiment för att “påvisa” detta. Här kommer de två vanligaste laborationsuppställningarna som visar detta bedrägeri.

Belysning med IR-lampa på referens-pet-flaska med luft (1) och flaska med koldioxid (2):
=======================
Inget vatten finns i flaskorna, det kan vara luft i en flaska och bara koldioxid i flaska 2. Flaskan med luft innehåller då: 21% syrgas, 78% kvävgas, 1 % Argon minimalt med vattenånga och koldioxid. Den andra flaskan innehåller då ren koldioxidgas (100%). Det säger sig självt att den andra flaskan med enbart koldioxid kommer att visa högre temperatur, då koldioxid är en växthusgas. Den första flaskan innehåller transparenta gaser (syrgas, kvävgas) som inte tar upp solstrålning. På detta sätt kan man alltså inte sätta upp ett experiment då det säger sig självt att en flaska med enbart växthusgas visar högst temperatur. Med en sådan uppställning vill man visa att en koldioxidrikare atmosfär visar högre temperatur.

Ex. på denna typ av laboration:
https://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/jesei/co2green/home.htm
https://serc.carleton.edu/eslabs/weather/2d.html

I referensflaskan med vanlig luft, kommer luftfuktigheten inte att öka nämnvärt – vilket är normalfallet i naturen. Mer vattenånga kommer inte tillföras luften, vilket gör att knappt någon extra vattenånga kan komma till undsättning och hjälpa till att lagra värmen i flaskans atmosfär.

IR-lampa
=======================
Det går inte att använda IR-lampa eftersom IR-lampa (kort och längvågig värmestrålning) inte är detsamma som solljus. IR-lampa värmer CO2-gasen direkt (ej “växthuseffekt”) men kan inte värma luften i referensflaskan. Solen befinner sig väldigt långt borta.

Frånvaro av vatten i flaskorna
=======================
70% av jorden är täckt med vatten och vatten finns i mark och atmosfär. När koldioxidhalten ökar så kommer vatten att kondensera. En bra växthusgas (vatten) kommer ersättas av en dålig växthusgas (koldioxid). Den värmehållande effekten i atmosfären blir sämre och “systemet” arbetar för att motverka en temperaturhöjning. I flera skolexperiment saknas vatten i behållarna och vattnets fasövergångar tas inte i beaktning.

Specifik värmekapacitet
=======================
För att höja luft 1 grad celsius eller Kelvin behövs det 1.01 KJ / (kg * K). Här kommer specifika värmekapaciteten för några gaser.
Luft 1,01 KJ / (kg * K)
CO₂ 0,84 KJ / (kg * K)
Ar 0,52 KJ / (kg * K)
Cl₂ 0,48 KJ / (kg * K)
CH₄ 2,22 KJ / (kg * K)
H₂O 4,19 KJ / (kg * K)

Det åtgår alltså mindre energi för att värma upp koldioxid en grad jämfört med luft. Härav stiger temperaturen snabbare i koldioxid. Temperaturen stiger ännu snabbare hos klorgas.

Bakpulver och ättiksyra
=======================
När man använder bakpulver och attiksyra i vatten för att framställa koldioxid och använder ett överskott av ättiksyra. Då känner man det på lukten i flaskan att dess atmosfär är stickande. Ättiksyra löser sig till vattenångan och vi får löst ättiksyra i vattenångan. För att detta experimentet skall vara någorlunda i enlighet med naturen måste man räkna ut exakt hur mkt syra som behövs och exakt hur mkt bakpulver som behövs för att höja koldioxidhalten till en viss nivå, ex. 900 ppm eller 1 % eller liknande. Allt måste reagera i reaktionen och inget extra ättiksyra får finnas, som löser sig i vattenångan och ger en stickande lukt. Detta experiment har Adrian Vance gjort och redovisat i sin bok “Vapor Tiger”. Han visar att vid 910 ppm koldioxid så sjunker den atmosfäriska temperaturen 1 grad jämfört med vanlig luft.

Extra gällande universums dimensioner:
=======================
Detta experiment är tredimensionellt med rummets tre axlar x, y, z samt tid. Universum är uppbyggd av fler dimensioner (10 totalt) vilka också givetvis påverkar experimentet, men hur återstår att forska på.

Flaskmaterial
=======================
Detta material kan absorbera viss typ av strålning – här kan finnas en felkälla.

Att använda kranvatten
=======================
Kranvatten kan innehålla ex klorgas eller andra tillsatser som skulle kunna påverka resultatet. Klorgas har lägre specifik värmekapacitet och skulle kunna ge en större temperaturökning. Använd mineralvatten istället.

Övrigt
=======================
Vi kommer att uppdatera denna laboration ytterligare. Har ni synpunkter så skriv gärna in dem nedan i kommentarsfältet.

Referenser
=======================
https://principia-scientific.org/the-deliberately-false-greenhouse-gas-co2-experiment/
http://www.climatechangeeducation.org/hands-on/difficulties/heating_greenhouse_gases/
http://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/jesei/co2green/home.htm
https://serc.carleton.edu/eslabs/weather/2d.html
https://www.researchgate.net/figure/Greenhouse-Gas-Bottle-Demonstration-97-Bottles-with-CO2-and-air-are-radiated-and_fig77_324751934
http://chem-www4.ad.umu.se:8081/Skolkemi/Experiment/experiment.jsp?id=74
Boken “Vapor Tiger” av Adrian Vance (rekommenderad läsning).
https://webapps.kemi.se/flodesanalyser/Amnesinformation/attiksyra_sv.htm

Sökmotorn google visar i sina sökresultat endast “flasklaborationer” som vid en närmare undersökning vilseleder för att ge en definitiv uppfattning att extra koldioxid till atmosfären höjer den atmosfäriska temperaturen. I experimentet ovan visar vi motsatsen. Använd sökmotorn ex. Yahoo istället.

Spekulativt drivs nu en politisk agenda som säger att den lilla temperaturökning som skedde mellan 1980 och 2000 skulle bero på en ökning av koldioxidhalten i atmosfären. Temperaturdata har manipulerats och man vill få koldioxidhalten i atmosfären till att exakt följa en manipulerad temperaturkurva från början av 1900-talet, för att påvisa ett samband här. Det skall nämnas att koldioxid endast har 1/7 av vattenmolekylens värmehållande egenskap och att vattenmolekylerna kan vara upp till mer än 150 ggr fler i atmosfären. Koldioxid har en underordnad betydelse och kan ej sägas påverka jordatmosfärens temperatur nämnvärt. Då koldioxidgas släpps ut i atmosfären kommer vattenånga att kondensera. Detta leder till att temperaturen sjunker då en bra “växthusgas” (vattenånga) ersättas av en sämre “växthusgas” (koldioxid).