200 let snah o pochopení teplotních poměrů v atmosféře - začátky popisu skleníkového jevu

Ke třem nejznámnějším průkopníkům studia skleníkového jevu - E. Foote (1819–88), J. Tyndall (1820-93), S. Arrhenius (1859-1927) - je často přidáván jako jejich předchůdce i francouzský matematik a fyzik Jean-Baptiste J. Fourier.

Ke třem nejznámnějším průkopníkům studia skleníkového jevu- Eunice Foote (1819–1888), John Tyndall (1820-1893), Svante Arrhenius (1859-1927) - je často přidáván jako jejich předchůdce i francouzský matematik a fyzik Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768-1830). Jeho jméno dnes nejčastěji připomínají pojmy jako Fourierova řada či Fourierova transformace pro popis periodických funkcí.

V roce 1822 Fourier vydal knihu o matematickém popisu vedení tepla v materiálech, ve které též obecně řešil působení vnějšího periodického zdroje tepla, a také průchod tepla průhlednými substancemi. Tento obecný popis pak využil v analýze teploty zemského povrchu o dva roky později, ve které Země figurovala jako chladnoucí těleso, Slunce jako periodický zdroj tepla, a atmosféra jako průhledné prostředí mezi oběma. Pro Fouriera totiž jeho teorie vedení tepla představovala i prostředek pro popis geofyzikálních jevů. Pro případ, že by Země neměla atmosféru dovozoval, že při její velikosti a vzdálenosti od Slunce by musela být chladnější. Své následovníky jako Tyndalla inspiroval svým konceptem, že zadržování záření zemského povrchu atmosférou je proto důležitým faktorem pro klima. Později pak Arrhenius názorně interpretoval výsledky Fouriera a Pouilleta (1790-1868) tak, že atmosféra funguje jako stěny skleníku - umožňuje průchod slunečního záření ale zadržuje vyzařování ze zemského povrchu. Tradičně se proto Fourierovy úvahy často považují za začátek či dokonce původ pozdějšího konceptu skleníkového jevu, jakkoliv Fourier vůbec neuvažoval skutečné složení atmosféry (byť Lavoisier objevil kyslík a pak i CO2 už v roce 1778). Nemohl tak sám vysvětlit mechanismus, kterým atmosféra energii opravdu může zadržovat. Nicméně zásluhou Fourierových prací z let 1822-4 můžeme dnes řící, že teplotní poměry v atmosféře se zkoumají už celých 200 let.

Fourier kriticky zdůrazňoval, že nic nemůže přispět k zdokonalování takových teoretických úvah více, než hojné řady exaktních experimentů. A také už předvídal, že budoucí lidské aktivity mohou ovlivňovat teplotní poměry na Zemi, i když tehdy měl na mysli zásahy do krajiny. A záhy pak i skutečně došlo na prvé poznatky o mechanismu skleníkového jevu. Nejprve v roce 1856 Eunice Foote zveřejnila svá pozorování, že CO2 a vodní pára se slunečním zářením výrazně oteplují, zatímco u vodíku či kyslíku k tomu nedochází. Tyto výsledky ji umožnily závěr, že případné navyšování obsahu CO2 v atmosféře by nutně vedlo k růstu atmosférické teploty. Fakticky se tehdy obírala jen jednou komponentou energetiky skleníkového jevu - zářením přicházejícím na Zemi od Slunce (druhou komponentou je záření emitované Zemí). Tři roky po ní se této problematice začal věnovat John Tyndall, který potvrdil, že infračervené záření adsorbuje CO2 i vodní pára, dál třeba etylén nebo benzen (výsledky zveřejněny v roce 1861). Naopak neadsorboval kyslík, dusík, vodík - v souhlase s dnešními poznatky o vibrační spektroskopii a skleníkových plynech. Pro teplotní poměry v zemské atmosféře je skutečně podstatné, že v důsledku (poměrně abstraktních) symetrických výběrových pravidel neadsorbují molekuly kyslíku a dusíku. Tyndall své výsledky ve vztahu k atmosféře shrnul do formulace: Atmosféra umožňuje vstup slunečního tepla; avšak kontroluje jeho výstup, a výsledkem je tendence akumulovat teplo na povrchu planety. Tato prvá etapa výzkumů skleníkového jevu od Fouriera po Arrhenia pak kulminovala dodnes platnou předpovědí z Arrheniových výpočtů v roce 1896, že zvyšení koncentrace CO2 v atmosféře na dvojnásobek by vedlo ku zvýšení její teploty o 5,7°C.

Za zaznamenaní též stojí, že Fourier bral i jistou účast na Francouzské revoluci (v roce pádu Bastily mu bylo 21). Vyneslo mu to uvěznění, ba hrozila i guillotine. Sloužil též mezi vědeckými poradci pro Napoleonovu armádu a účastnil se tažení do Egypta. Nakonec působil i jako sekretář Francouzské Akademie.

Mimochodem, Fourierovy řady jsem zařadil i do svých pacifických přednášek z lineární algebry. Není to sice jistě její těžiště, ale je to užitečný výsledek. Na Dalném Východě je to tak, že když jste faculty member, tak učíte, co fakulta (zrovna) potřebuje - faculty member přece musí umět přednášet všechno. A tak když odešel nějaký pedagog, tak jsem se dostal i k dost pro me vzdálenějším předmětům. Když jsem třeba učil fyzikální chemii atmosféry,* tak když vyvstala potřeba, tak jsem začal učit i chemometrii (neb je to koneckonců fyzikální chemie). Pak vyvstala jiná potřeba, a přešla na mne kvantová mechanika (neb se koneckonců používá v té chemometrii). A zase v kvantové mechanice se používají matice, a to je lineární algebra. A lineární algebra, to je přece blízko k lineárnímu programování - a tak jsem to taky přednášel. A pak jsem i řízením osudu dostal k přednášení etiku vědecké práce, a to zásluhou českých vědeckých hoštaplerů. Ti potřebovali nějak stále zametat to udavačství toho mého Osobního UDavače neboli OUDa, a tak se mne snažili i v Pacifiku poškodit svými pomluvami. A já jsem to jejich podraznictví popsal v časopise The Whistle (Whistleblowers of Australia):

(pro další dokumentaci toho podraznictví: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=754552 )
A jinou nepoctivost jsem popsal (1992) v (případném) Časopise pro nereprodukovatelné výsledky:

Journal of Irreproducible Results tehdy vydávalo nakladatelství Blackwell Scientific Publications, a redigoval ho legendární Marc Abrahams, který pak vytvořil Annals of Improbable Research, a je i moderátorem každoročního ceremoniálu udílení Cen Ig (Ignáce) Nobela. Mimochodem - upozornil jsem na tuto záležitost i Etickou komisi Akademie, poté co vznikla, leč odpověď jsem nikdy nedostal (tedy, takto postupuje ta komise téměř vždy, když se na ni někdo obrátí - jako by ani nebyla). A podle toho holt vypadají i poměry v naší vědě. Ve zbytku světa se mi to ale podařilo dovést do změny mezinárodních publikačních pravidel (LN 12.1.2008):

A tak jsem se nechtě stal mezinárodním odborníkem na vědeckou etiku -- a tak mi připadla i její výuka.

A propos - s poměry v Akademii to dál jde z kopce:
https://www.seznamzpravy.cz/clanek/domaci-kauzy-auditor-v-akademii-ved-panoval-strach-vedeni-dostavalo-kritiky-pod-tlak-235083

*Když jsem chtěl fyzikální chemii atmosféry přednášet v Praze, tak to bylo alibisticky odmítnuto s tím, že přece všichni vědí, že si dovoluji kritizovat Zahradníka - výstižná ukázka poděšenosti z kasty nedotknutelných.

Foto u perexu: Portrét Jean Baptiste Joseph Fouriera (1768-1830) z počátku 19. století. (https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Fourier#/media/File:Fourier2_-_restoration1.jpg).

____________

XXI. díl seriálu: 666@Sky - Je naprosto nezbytné, aby nebe bylo blankytné
[blankyt:666THz]
XX. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=804887
XXII. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=806396

[hniloba@AVCR neboli Akademická špína v krystalicky čisté formě: Část LIV.]
LIII. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=804052
LV. díl seriálu: https://zdenekslanina.blog.idnes.cz/blog.aspx?c=806396

This work is licensed under CC BY-NC-ND 4.0