Skumsprøjt påvirker vejr og klima

Omkring en til tre procent af verdenshavene er til enhver tid dækket af hvidt skum, som opstår, når vinden blæser, og bølger brydes.

Dråberne, der i denne proces frigives til atmosfæren, spiller en stor rolle i koblingen mellem atmo­sfære og hav, og har bl.a. betydning for klimaet og vejrfænomener som orkaners styrke.

Men dråberne er en form for joker, når det gælder vejr og klima. De er nemlig så små, at det er vanskeligt at studere dem. Derfor er forskernes viden om skumsprøjt stadig mangelfuld, og det er helt umuligt at medtage dråberne direkte i klimamodeller, hvor deres betydning i stedet må inkluderes på indirekte vis.

Artiklen fortsætter efter grafikken

Illustration: MI Grafik

I to nylige oversigtsartikler i henholdsvis Annual Reviews of Fluid Mechanics og Physics Today har en af de førende eksperter i skum­sprøjt, Fabrice Veron fra University of Delaware i USA, givet en oversigt over den viden, som forskerne i dag har på dette ofte oversete område – i Physics Today i samarbejde med en anden skumsprøjtekspert, David H. Richter fra University of Notre Dame i Indiana, USA.

At kunne besvare spørgsmålet om, hvordan skumsprøjt påvirker vejr og klima, kræver en forståelse af, hvordan dråberne udveksler varme, fugtighed og bevægelsesmængde med luften, hvor lang tid de tilbringer i luften, og endelig hvor store mængder skumsprøjt der dannes.

Som grafikken viser, opdeles dråberne i tre forskellige typer.

Dels kan de rives ud af bølgerne ved vindens kraft, dels dannes de, når bobler i havet brister – hvilket sker på to forskellige måder. De tre former for dråber har meget forskellig størrelse.

Der foreligger en lang række studier af, hvor mange dråber af forskellig størrelse der dannes. Det udtrykkes normalt i den såkaldte Sea-Spray Generation Function (SSGF), der er antallet eller rumfanget af dråber med en bestemt størrelse, som dannes pr. overfladeareal i et givet tidsrum.

Den største usikkerhed er, som grafikken viser, knyttet til dannelsen af de store skumdråber.

Det skyldes dels, at den præcise mekanisme for dannelsen af disse ikke er særlig godt forstået, og dels at det er vanskeligt at bestemme antallet eksperimentelt, da de tunge skumdråber forbliver tæt på havoverfladen, hvor de hurtigt falder ned igen. De lettere jet- og filmdråber kan derimod af vinden føres højere op i atmosfæren, hvor de kan forblive i lang tid.

Kobling mellem hav og luft

Dråberne vil vekselvirke både dynamisk og termodynamisk med atmosfæren.

I den simple model kan man betragte en dråbe som en stiv partikel med en konstant massefylde. Newtons anden lov sammenholdt med de hydrodynamiske kræfter i form af bl.a. luftmodstand og forskelle i hastighed for dråber og luft bestemmer, hvordan dråben bevæger sig i luften og igen falder ned i havet.

Ud fra dette kan man beregne, at små dråber med radius under ca. 1 mikrometer let kan forblive i luften i dagevis under typiske vejrforhold, mens store dråber har en levetid, der måles i sekunder.

Mere interessant er de termo­dynamiske effekter.

Dråben har ved sin dannelse samme temperatur som havet, og den vil efterfølgende udveksle varme med luften. Hvis atmosfæren er koldere end havet, vil dråben fordampe og derved afgive varme. Hvis det omvendte er tilfældet, vil vanddamp kondensere på dråben, som derved opvarmes.

Dråber afkøles meget hurtigere, end de fordamper.

Et beregningseksempel viser, at en dråbe af saltholdigt havvand med en radius på 100 mikrometer med en temperatur på 20 grader celsius, der frigives til stillestående luft med en temperatur på 18 grader med en relativ luftfugtighed på 75 pct. på mindre end et sekund afkøles til under omgivelsestempe­raturen (til ca. 15 grader celsius i dette tilfælde) – uden at den taber masse ved fordampning i dette tidsrum.

Dråbens temperatur stiger efterfølgende til samme temperatur som luften, og efter to-tre minutter når dråben også sin ligevægtsstørrelse på 45 mikrometer.

Små dråber betyder mere end store

Generelt når film- og jetdråber på en størrelse mellem 0,01 mikrometer og 50 mikrometer deres ligevægtstemperatur inden for et tidsrum på 0,1 ms til 10 s, mens det tager omkring tusinde gange længere tid for dem at opnå deres ligevægtsstørrelse.

Denne tid er dog meget kortere end den tid, de forbliver i luften, så for film- og jetdråber er det deres ligevægtsstørrelse, der har betydning. Almindeligvis anvendes størrelsen r80, der er radius ved en relativ luftfugtighed på 80 pct. Skumdråber når typisk ikke at ændre hverken størrelse eller temperatur, før de falder ned i havet igen, s å her er det størrelsen ved dannelsen, der har betydning – den betegnes almindeligvis r0.

Generelt har små dråber altså større effekt på koblingen mellem luft og hav end store dråber. Forholdene kan dog være anderledes under kraftige orkaner af kategori 4 og 5, hvor vindhastigheden når over 60 m/s.

Under disse betingelser er overgangen mellem luft og hav karakteriseret ved et helt dækkende skumlag, der gradvist nærmer sig luft på den ene side og vand på den anden.

Herfra sendes dråber fra havet op i luften, hvor de delvist fordamper og afkøles, før de falder tilbage i havet.

Forskerne er overbeviste om, at denne varmeafgivelse er med til at drive orkanen, men de er endnu ikke i stand til præcist at redegøre for betydningen af denne kobling på grund af den store usikkerhed, der er knyttet til dannelsen af store dråber, som kommer til udtryk i SSGF.

Det interessante er dog, at kun dråber, der delvist fordamper, har betydning. En dråbe, der helt fordamper, vil nemlig udtrække lige så megen varme fra atmosfæren under sin opvarmning, som den frigiver som latent varme ved sin fordampning.

Ud over at påvirke atmosfæren fysisk har dråberne også betydning for atmosfærekemien, idet de tilfører salt, olier og andre organiske molekyler til atmosfæren.

Aerosoler af havsalt kan eksempelvis fungere som kondensations­kerner for dannelse af skyer, foruden at de kan sprede eller absorbere sollys. Det er også et område, hvor forskerne nok kender mekanismerne, men har sparsom konkret viden.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hist og her står der lidt om klimapåvirkning, men generelt er mit udbytte af artiklen meget nær nul. Det er muligvis min egen fejl (og så reklamerne med bevægelse og larm, der umuliggør, at man kan koncentrere sig om læsningen), men hvis det står lysende klart for andre, kan de så ikke forklare det klart, kort og tydeligt for mig?

# # # # # #
NEGATIV FORDAMPNINGSVARME ???

I artiklen står følgende:

"En dråbe, der helt fordamper, vil nemlig udtrække lige så megen varme fra atmosfæren under sin opvarmning, som den frigiver som latent varme ved sin fordampning."

Ifølge mine fysikbøger skal der forbruges varme for at fordampe vand (og en ganske anseelig varmemængde). Det kommer derfor lidt bag på mig, når det påstås, at vand har en negativ fordampningsvarme (der frigives varme ved fordampning).

I øvrigt er vands fordampningsvarme så stor, at det slet ikke giver mening at sammenligne den med den varmemængde der medgår til opvarmning (hvad enten det drejer sig om en opvarmning på 1°, 10°eller 100°).

Med venlig hilsen - Steen Ahrenkiel.

  • 1
  • 0

At kunne besvare spørgsmålet om, hvordan skumsprøjt påvirker vejr og klima, kræver en forståelse af, hvordan dråberne udveksler varme, fugtighed og bevægelsesmængde med luften, hvor lang tid de tilbringer i luften, og endelig hvor store mængder skumsprøjt der dannes

  • måske et forskningsbaseret skub fremad for 'Lomborgs klimaskibe'!??:

https://ing.dk/artikel/lomborg-kunstige-sk...

  • 0
  • 2

..er den primære effekt af aerosoler fa skumsprøjt pga. deres virkning som kondensations-kerner. Foruden den fysiske struktur har den kemiske sammensætning betydning for deres potens ved dråbedannelse. - James Lovelock (Gaia teoriens fader) har bl.a. påpeget, at svovlholdige aerosoler er højpotente. Han anfører, at visse svovl-metaboliserende mikroorganismer i havet får forøget vækst under påvirkning af forøget UV-stråling. Dette medfører forøget mængde af svovlholdige aerolsoler i atmosfæren og forøget skydannelse, som skærmer for den forøgede UV-indstråling. Altså en positiv tilbagekobling.

  • 0
  • 1

Jamen det kan da ikke passe. Det er jo CO2 der er er den enerådende påvirker. Mon ikke nogle smarte folk kan finde ud af, at CO2 gør luften lidt tungere og derfor påvirker dannelsen af disse dråber. I det mindste må der være en påvirkning fra lidt varmere luft, således at CO2 igen kan komme højsædet.

  • 2
  • 11

Hvorfor skulle dette her ændre på CO2'ens betydning?

Enkelt. Effekten du ser bliver opdelt på flere bidrag, så hver enkelt mister betydning. Det er egentlig ligegyldigt hvilket fortegn effekten har, det udvander betydningen af CO2. En betydning der i forvejen er meget udvandet af vanddamp og skyer, som ikke helt følger CO2 stigningen. Mekanismerne i fortidige istider og mellemistider er stadigvæk dårligt forståede, og de højt skattede klimamodeller kan ikke forklare det. De kan ikke engang forklare de bevisligt fordelagtige varmeperioder indenfor de sidste 10.000 år. Nu er havisen om Sydpolen blevet aktuel igen, fordi den er svundet mere end normalt dette antarktiske forår, men ingen modeller sagde at den ville være stabil eller vokse indtil nu. Intet at se her, passer gaden og se på Nordpolen.

  • 3
  • 9

Det är inget nytt. Det läste jag i gymnasiet (student 1968) och har sedan undervisat i det som gymnasielärare i Danmark 1974-85 och sedan som högstadielärare i (svensk)Finland i ca 20 år.

  • 3
  • 0

Enkelt. Effekten du ser bliver opdelt på flere bidrag, så hver enkelt mister betydning.

Du glemmer bare at effekten allerede er medregnet i et vist omfang, det er jo ikke nyt at man bliver nød til at tage hensyn til denne effekt... I klimamodellerne har der altid været en masse forskellige håndtag som man har kunne skrue lidt op og ned for, fordi man ikke havde helt styr på effekten.. Nu går man bare mere i detalje med denne...

  • 2
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten