211service.com
Aerozoliai, klimato kaita ir dramatiška Plancko dėsnio nesėkmė
1991 m. Filipinuose išsiveržus Pinatubo kalnui, į viršutinius atmosferos sluoksnius pateko apie 20 milijonų tonų sieros dioksido. Sieros dioksidas reaguoja su kitomis medžiagomis, sudarydamas ore esančias nanodaleles, vadinamas sulfatiniais aerozoliais, kurios linkusios atspindėti saulės šviesą.
Todėl per dvejus metus po išsiveržimo pasaulinė temperatūra nukrito maždaug puse laipsnio.
Aerozolių poveikis Žemės klimatui yra labai svarbus, bet neįtikėtinai sudėtingas. Kai kurie aerozoliai, tokie kaip suodžiai, ne tik vėsina Žemę, bet ir linkę sugerti saulės šviesą ir taip įkaitinti atmosferą.
Didžiulis neišspręstas klausimas klimato moksle yra tai, kaip šie šilumos absorbcijos ir atspindžio procesai subalansuojami.
Dalis problemos yra ta, kad niekas nesupranta, kaip nanodalelės sugeria ir išskiria šilumą. Teoriškai šį procesą reglamentuoja Planko dėsnis, apibūdinantis elektromagnetinės spinduliuotės kiekį, kurį tam tikroje temperatūroje skleidžia tobulas juodas kūnas.
Tačiau praktikoje realūs objektai neskleidžia šilumos tobulai, todėl fizikai turi taikyti korekcijos koeficientą, vadinamą spektrine spinduliuote. Tai priklauso nuo objekto paviršiaus savybių – pavyzdžiui, medžiagos ir šiurkštumo.
Tačiau pastaraisiais metais atsirado gąsdinančių įrodymų, kad objekto forma ir tūris taip pat gali turėti įtakos šiame procese.
Šiandien Christian Wuttke ir Arno Rauschenbeutel iš Vienos technologijos universiteto Austrijoje pirmą kartą parodo, kaip ir kodėl tai tiesa.
Jie nurodo, kad kai objektas yra didelis, palyginti su jo skleidžiamos spinduliuotės bangos ilgiu, tada dominuoja paviršiaus efektai. Bet kai objektas yra mažas, palyginti su bangos ilgiu, spinduliuotė gali būti išspinduliuojama iš bet kurio jo tūrio taško. Tokiu atveju dalelės geometrija turi atlikti tam tikrą vaidmenį.
Norėdami įrodyti esmę, jie išmatavo 500 nm skersmens silicio nanopluošto skleidžiamą šilumą, kuri yra daug mažesnė už šiluminės spinduliuotės bangos ilgį.
Jie rodo, kad ši šilumos emisija negali būti aprašyta Plancko dėsniu, net jei taikomas pataisos koeficientas.
Vietoj to, Wuttke ir Rauschenbeutel tiksliai modeliuoja išvestį naudodami kitą teoriją, vadinamą fliuktuacine elektrodinamika, kurioje atsižvelgiama į eksperimento geometriją.
Tiesą sakant, jie rodo, kad svyruojanti elektrodinamika gali tiksliai modeliuoti nanoobjektų šilumos sugerties ir emisijos charakteristikas, pirmą kartą tai įmanoma.
Tai turės svarbių pasekmių gaminant šilumą skleidžiančius prietaisus, tokius kaip kaitrinės lempos, kurios galėtų būti daug efektyvesnės, jei jų šilumos emisija būtų atidžiau kontroliuojama.
Tačiau didžiausias poveikis greičiausiai bus klimato moksle. Šie rezultatai taip pat gali padėti geriau suprasti kietųjų dalelių, pvz., mineralinių dulkių aerozolių dėl dirvožemio erozijos ir suodžių iš degimo šaltinių, poveikį klimato sistemai absorbuojant ir išmetant saulės ir šiluminę spinduliuotę, sako Wuttke ir Rauschenbeutel.
Šis naujas požiūris reiškia, kad turėtų būti įmanoma nustatyti atskirų nanodalelių šilumines savybes iš pirmųjų principų.
Tai bus ilgas ir sudėtingas procesas, tačiau tai turėtų būti esminis elementas būsimuose aerozolių įtakos klimatui modeliuose.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1209.0536 : Plancko dėsnio tyrimas plonesniam už terminį bangos ilgį