Að búa til einfalda tilraun með veður-þrýstings kerfi

Ein ástæðan fyrir því að skilningur á veðrinu hefur verið svo hverfull, er að við getum ekki séð hið mikla magn vatnsgufu í loftinu með berum augum. Í árdaga læknisfræðinnar, eftir að læknar fóru að geta séð örverur með smásjám, varð skilningurinn ljós að sjúkdómar orsökuðust af óhollum gerlum. Á hliðstæðan hátt, að geta séð veðurmynstur í einfaldri tilraun mun hjálpa okkur að skilja hvernig náttúrleg veðurmynstur myndast.

Jarðfallahitun og kólnun (veðurþátturinn sem hefur vantað sem talað var um áður) eru útskýrð í myndinni hér að neðan. 40 L fiskabúr er skipt í tvö hólf en ofan á það er lok úr plasti. Tvö 13 cm² ferningar eru skornir úr skilveggnum, uppi og niðri, til að leyfa loftflæði. Til að líkja eftir virkum vaskjávarma er bikar með heitu vatni settur vinstra megin á einangraðan púða. Hægra megin á ísfylltur bikar að líkja eftir kælandi vaskjávarma með lofti sem er að dragast saman. Kveikt er á reykelsi og sett þar sem heita vatnið er, til að sýna hreyfinguna á loftinu. Eins og myndirnar sýna klárlega, þrýstir útþanda vatnsgufan frá heita bikarnum (hitað hátt í suðumark) loftinu til hægri, yfir á köldu hliðina, sem er svæði lágs þrýstings.

Í neðri myndinni var hitaða vatnið tekið út en þá hófst áhugaverð lofthreyfing. Heiti bikarinn hafði hitað upp glerbúrið umhverfis sig og púðann, sem greinilega framleiddi nægilegan hita til valda áframhaldandi útþenslu í loftinu, en þó miklu hægar. Þetta olli því að loftið tók að þyrpast í vinstra efri hluta búrsins, líkt og ský. Hægra megin myndaðist greinilega svæði lágs þrýstings yfir ísfylltan bikarinn, með lofti sem streymdi að ílátinu, alveg eins og það gerir í lægðum.

Þessi auðvelda tilraun sem hægt er að endurtaka, sýnir hvernig loft hreyfist burt frá svæðum með háan þrýsting í áttina að svæðum með lágan þrýsting. Vegna útþenslunnar á heita loftinu og samdrættinum á því kalda, þurfti ekkert utanaðkomandi gangverk fyrir þessa lofthringrás.

Þessi tilraun sýnir einnig fyrsta lögmál veðurs – veður jarðarinnar breytist með vaskjávarma, með því að sýna kerfi lofthreyfingar samkvæmt einfalda kjörgaslögmálinu PV ~ T, þar sem þrýstingur breytist vegna breytinga á hitastigi. Fyrsta lögmál veðurs er svo öflugt vegna einfaldleika þess, en sú vitneskja að vaskjávarmar mynda svæði hæða og lægða mun auðvelda skilning okkar á veðrinu verulega.

Loftþrýstingsvillan

Talað er um „mikilvægi loftþrýstings“ í kennslubók í veðurfræði, The Atmosphere:

Ekki er hægt að leggja nægilega mikla áherslu á mikilvægi loftþrýstings á veður jarðarinnar. Eins og þið brátt munuð sjá, þá skapar mismunur á loftþrýstingi hnattræna vinda sem skipuleggjast í kerfi sem ‚færa okkur veðrið‘. (The Atmosphere: An Introduction to Meteorology: Frederick K. Utgens, Edward J. Tarbuck, Pearscon Prenice Hall, 10. útg., 2007, bls. 175).

Ekki er hægt að leggja nægilega mikla áherslu á loftþrýsting vegna þess að þaðan kemur veður jarðarinnar! Ef í rauninni hægt er að svara eftirfarandi grundvallar spurningu á réttan hátt, mun það opinbera hinn sanna uppruna veðurs:

Hvaðan koma hæðir og lægðir á jörðinni?

Áður en við höldum lengra skulum við muna eftir veðurfræðilegri yfirlýsingunni sem minnst var á áður, að „veðurspá er enn ónákvæm vísindi“. Ef veðurfræðingar myndu raunverulega skilja uppruna loftþrýstikerfa, sem þeir vita að þau „færa okkur veðrið“, þá myndi veðurspá ekki vera svona ónákvæm vísindi. Þess vegna ættum við setja spurningamerki við núverandi útgáfu nútíma vísinda á uppruna loftþrýstikerfa:

Loftþrýstingur á tilteknum stað á jörðinni er orsakaður af þyngd loftsúlunnar fyrir ofan þann stað, eins og hann er mældur með mælitæki sem heitir loftvog. (Weather, A Visual Guide: Bruce Buckley, Edward J. Hopkins, Richard Whitaker, Firefly Books Ltd., 2004, bls. 30).

Samkvæmt þessari skilgreiningu, er orsökin fyrir loftþrýstingi afleiðing þyngdarkrafta, sem krefjast „lækkunar á lofti“ yfir hæðum og „hækkunar á lofti“ yfir lægðum. Vefsíða bandarísku veðurstofunnar (NOAA) sýnir teikningu og góða lýsingu á sígandi lofti yfir hæð:

Hvað um loftið sem dreifir sér nálægt hæð? Þegar loftið streymir burt frá hæðinni, verður loft að ofan að koma í þess stað.

Vefsíðan heldur áfram með því að lýsa rísandi lofti yfir lægðum:

Hvað gerist með vinda sem stefna saman nálægt lægðum? Eiginleiki sem nefndur er samfelldni massa segir að massi getur hvorki myndast né eyðst á gefnu svæði. Þannig að loft getur ekki „staflað sér upp“ á gefnum stað. Það hlýtur að fara eitthvert, þannig að það neyðist til að rísa.

Slíkar skilgreiningar á hreyfingu lofts milli hæða og lægða eru óbifanlegar og rótfastar í gegnum alla veðurfræðina, en hafa menn mælt þetta?

Grundvallar spurning: Hafa rannsóknir sýnt að loft „sígur“ í hæðum og „rís“ í lægðum?

Rannsóknir UM hafa leitt í ljós niðurstöður sem komu á óvart – það virðist enginn hafa mælt þetta. Í rauninni vita þeir sem þekkja sig nægilega mikið til í veðurkerfum að hugmyndin um sígandi loft í hæðum og rísandi í lægðum gefur ekkert vit, vegna þess að:

Loft berst í burtu frá svæðum hás loftþrýstings og að svæðum lágs loftþrýstings.

Enn fremur hreyfist loft frá hæðum til lægða í allar áttir. Hvaða gangverk myndi valda lofti til að koma úr öllum áttum og hreyfast að lofti með háan þrýsting? Við fundum ekkert slíkt, né höfum við nokkurn tímann séð útskýringu fyrir slíka hegðun andrúmsloftsins. Það er forvitnilegt að vita hvers vegna loft hreyfist burt frá hæðum („H“ á veðurkortum), og trúa því þó að einhvern veginn sé loft samtímis, að því er virðist, að hreyfast að hæðum, þar sem það getur „staflað sér upp“. Þegar allt kemur til alls, hafa þeir jú sagt að „loft getur ekki staflað sér upp á gefnum stað.“ Með öðrum orðum, veðurfræðingar geta ekki útskýrt kerfi loftþrýstings vegna þess að hinn raunverulegi uppruni slíkra kerfa helst óþekktur.

Ein leið til að gera sér í hugarlund um víxlverkun milli hæða og lægða er sýnd í myndinni hér að neðan. Ílát er fyllt með bláum og rauðum blöðrum. Stærri rauðu blöðrurnar tákna svæði með háum loftþrýstingi, en þær þenjast út og þrýstingurinn eykst vegna þess að þær eru hitaðar upp. Smærri bláu blöðrurnar dragast saman, en þrýstingurinn í þeim lækkar vegna þess að þær eru kældar. Upphituðu blöðrurnar þenjast út í allar áttir en köldu blöðrurnar dragast saman að sama skapi. Þegar upphitun og kólnun á sér stað, þenjast blöðrurnar út eða dragast saman og víxlverka þær á fyrirsjáanlegan hátt, þ.e. blöðrurnar sem þenjast út gera það á kostnað þeirra sem dragast saman. Hæðir og lægðir í andrúmsloftinu eru að gera það sama. Ferlið er grundvallað á einfaldri eðlisfræði upphitunar og kólnunar lofttegunda.

Kjörgaslögmálið segir að PV ~ T (þrýstingur sinnum rúmmál er í réttu hlutfalli við hitastig loftsins) og er almenn stærðfræðileg jafna sem lýsir breytingu á loftþrýstingi vegna vaskjávarma. Ef við hækkum hitastigið í gasi, þá mun þrýstingur og rúmmál aukast. Ef hitastigið lækkar, þá mun þrýstingur og rúmmál minnka. Þetta mun vera sýnt í kafla um loft-vatn líkanið með því að hita upp blöðru með örlitlu vatni í með því að nota örbylgjuofn. Rúmmál og þrýstingur blöðrunnar jókst (í allar áttir), vegna hækkunar í hitastigi.

Veðurfræðin neyddist til að snúa sér að órökréttum ferlum til að lýsa hæðum og lægðum, einfaldlega vegna þess að þeir sáu aðeins eina hitauppsprettu í andrúmsloftinu. Að líta á sólina sem einu hitauppsprettuna þýddi að hunsa eða gera lítið úr greinilegum vandamálum. Sólin er ekki hin eina sanna hitauppspretta. Hún sem skín alltaf á helminginn af jörðinni í senn, getur ekki verið aðal orkuuppspretta á bak við hæðir og lægðir.

Ský eru eini möguleikinn til að minnka hitastig frá sólinni, en skýjahulur fylgja ekki endilega köldum lægðum. Reyndar er það þannig, eins og við munum sjá brátt, að sum ský myndast í hæðum! Ský og stormar hneigjast til að flæða til svæða með lágan loftþrýsting vegna þess að loft er að þjappast saman. Enn fremur auðveldar lár þrýstingur fyrir þéttingu og skýjamyndunar, en breytingin á loftþrýstingi sýnir enga beina tenginu við sólarljós.

Veðurkort - skýringarmynd

Á veðurkortum þýða H og L hæðir og lægðir, þ.e. háþrýsti- og lágþrýstisvæði. Mismunurinn á þessum loftþrýstingum er rétt svo merkjanlegur hjá fólki, en þó geta mörg dýr fundið fyrir muninum á loftþrýstingnum og brugðist strax við þeim breytingum þegar lægðir myndast, því að stormar fylgja lægðum. Hæðir sýna venjulega gott veður og eru ábyrgar fyrir að flytja mikið magn af lofti í kringum heiminn, sem hjálpa til við að mynda veður hér á jörðinni. Hvernig myndast hæðir og lægðir raunverulega? Veðurfræðin reynir að útskýra gangverkið bak við hreyfingu loftsins með því að útskýra að loft er að síga yfir hæðum en geta ekki útskýrt ferlið. Veðurlíkan UM sýnir að loft rís yfir hæðum, sökum vaskjávarma. Veðurlíkan UM og nútíma veðurfræði eiga einn punkt sameiginlega: báðir viðurkenna að „ekki er hægt að leggja nægilega mikla áherslu á mikilvægi loftþrýstings á veður jarðarinnar.“ Breyting á loftþrýstingi skapar veður! Nútíma vísindi missti af hinum raunverulega uppruna á breytingu á loftþrýstingi vegna þess að þau sjá sólina sem einu hitauppsprettuna sem knýr veðurkerfi, og þeim yfirsést gersamlega þyngdarafls-núningshitunina í jarðskorpunni og mikilvægi hennar.

Veðurlíkanið

Eftir að hafa borið kennsl á beina vísindalega sönnun á tengsl stjarnfræðilegra lota við jarðskjálfta, núningshita í jarðskorpunni og tilveru gífurlegs vatnsmagns neðanjarðar, þurfum við nú inna undirbúningsvinnuna af hendi við að setja á stofn fyrstu fjórar meginreglur Veðurlíkansins. Það eru til fjórar nýjar meginreglur veðurs og þrjú ný náttúrulögmál, en reynslugögn sem sönnun munu kynntar hér á næstunni. Þetta eru nýju meginreglur og lögmál:

1. Vaskjávarmar breyta veðurkerfum jarðarinnar, en þeir eru knúðir af jarðfallahitun sem er hinn stöðugi núningshiti jarðskorpunnar vegna flóðkrafta.

2. Vaskjávarma upphitun í höfum og í vatni undir yfirborði meginlandanna veldur myndanir hæða og hitasvæði í andrúmsloftinu, sem breyta veðri jarðarinnar.

3. Veður jarðarinnar fylgir mynstri og sveiflum jarðfalla sem ráðast af afstöðu jarðar, tungls og sólar.

4. Veður jarðarinnar og orkusvið jarðarinnar eru skyld, tengd með jarðfallavarma og þrýstirafsviðinu sem bæði myndast með stöðugri hreyfingu jarðskorpunnar vegna þyngdarafls jarðfalla.

Fjórða meginregla veðurlíkansins tekur tillit til orkusviðs jarðarinnar, eða jarðsviðsins, sem fjallað verður um síðar. Þessi meginregla hnýtir mikilvæg jarðeðlisfræðileg fyrirbæri saman við veðurfyrirbæri og er þar með ekki hluti af veðurfræðinni. Veðurlíkanið mun sýna að jörðin hafi þrýstirafsvið og að þetta svið er tengt virkni í vaskjávarma og í jarðföllum.

Hin þrjú lögmál veðurs

Í veðurlíkaninu eru þrjú lögmál veðurs sem skilgreind eru á eftirfarandi hátt:

Bein tengsl eru á milli loftþrýstings vegna jarðfalla og jarðsviðsins vegna sveiflna í stjarnfræðilegum þyngdarkröftum.

Einn spennandi þáttur í þessum nýju líkönum og tilsvarandi náttúrulögmálum er að hægt er að prófa þau á endurtekinn hátt í aðstæðum sem ekki hafa verið tekið tillit til áður. Ef veðurlíkanið og í hin þrjú lögmál veðurs eru raunverulega rétt, ættum við að geta fundið staðfestingu á lögmálunum með því að skoða mismunandi þætti hins dagsdaglega veðurs og í langtíma veðurmynstrum.

Það að jarðskjálftaveður sé raunverulega til er eitt af lykilatriðum hins nýja veðurlíkans. Áhrifin frá jarðföllum, sem samanstanda bæði af þöglum jarðskjálftum og stórum og þekkjanlegum jarðskjálftum, en einnig áhrifin frá því lykilhlutverki sem vaskjávarmi gegnir í þróun og myndun veðurmynstra og háþrýstikerfa, eru auk þess mikilvæg atriði í nýja veðurlíkaninu.

Vatnsgufa – lykillinn að veðurbreytingum

Þegar maður hefur lesið að vísindamenn hafi greint frá jarðskjálftaveðri og myndun og losun vatnsgufu frá varskjávarma, getum við rannsakað það hlutverk sem vatnsgufan gegnir í veðurkerfum. Veðurfræðingar vita nákvæmlega hversu mikilvæg vatnsgufan raunverulega er:

Vatnsgufa er aðeins lítill hluti af andrúmsloftinu, allt frá tíunda hluta af prósenti upp í u.þ.b. 4 prósent rúmmáls. En mikilvægi vatns í loftinu er miklu meiri en þessi örfáu prósent gefa til kynna. Reyndar eru vísindamenn sammála um að vatnsgufan er mikilvægasta lofttegundin í andrúmsloftinu hvað skilning okkar varðar á ferlum í andrúmsloftinu. (The Atmosphere: An Introduction to Meteorology: Frederick K. Utgens, Edward J. Tarbuck, Pearscon Prenice Hall, 10. útg., 2007, bls. 103).

Vatnsgufa er lang „mikilvægasta lofttegundin í andrúmsloftinu hvað skilning okkar varðar á ferlum í andrúmsloftinu“ og hvernig veður virkar. Þetta er ástæðan fyrir því hvers vegna hin nýja uppgötvun á jarðföllum og varskjávarma er svo þýðingarmikil þegar kemur að skilningi á því hvernig veður myndast. Loftslagsvísindamenn hafa sagt að:

Hringrás vatnsins er gífurlegt kerfi sem knúið er af sólarorku þar sem andrúmsloftið er hinn nauðsynlegi hlekkur milli úthafanna og meginlandanna. Vatn úr höfunum og, í miklu minni mæli, frá meginlöndunum, gufar upp í andrúmsloftið. Vindar flytja þetta raka loft oft í langar vegalengdir. (Frederick K. Utgens, Edward J. Tarbuck, bls. 98).

Nýlega birti ég hér mynd af endurbættri útgáfu á hringrás vatnsins, saman með gömlu USGS útgáfunni af henni sem sýnir bara sólina sem einu hitauppsprettuna. Sú endurbætta, útgefin af UM, sýnir að bæði sólin og vaskjávarma ferli knýja hringrásina. Varmi frá sólinni er mjög jafn og fyrirsjáanlegur sem veldur undrun hjá veðurfræðingum sem ekki geta tengt sveiflur í sólarorkunni við allar þær sveiflur sem finnast í veðrinu. Aðeins með vaskjávarma ferlinu getum við útskýrt stór jarðskjálftahituð svæði sem geta breytt veðurmynstri.

Eins og áður hefur verið getið um, hafa jarðskjálftafræðingar sýnt að mikið magn vatnsgufu myndast á skömmum tíma (á mínútum) með jarðskjálftum á mörgum svæðum. Hægfara uppgufun getur ekki haft stórtæk áhrif á stór veðurkerfi eða valdið snögglega myndun hæða og lægða – en innri uppgufun getur það.

Áður fyrr var ekki tekið eftir hinu mikla magni af vatnsgufu í andrúmsloftinu frá vaskjávarma vegna þess að vatnsgufan (eða rakinn) er ósýnilegur mannsauganu. Þó eru gufustrókar sjáanlegir víðsvegar á Íslandi og oftast „leysast þeir upp“, þ.e. gufan dreifir sér þannig að loftið er ekki lengur rakamettað og þar með ekki lengur sýnilegt. En það er reyndar sex sinnum meira vatn í andrúmsloftinu en allt það rennandi vatn í öllum ám heimsins! Frá sömu kennslubók og vitnað var í hér að ofan:

Jafnvel þótt magnið af vatnsgufu í andrúmsloftinu er einungis lítill hluti af öllum vatnsforða jarðarinnar, þá er samanlagt vatnsmagn sem fer árlega um andrúmsloftið gífurlegt, eða 380.000 rúmkílómetrar. Það nægir til að þekja yfirborð jarðarinnar með eins metra djúpu vatni. Útreikningar sýna að yfir Norður-Ameríku er næstum sex sinnum meira vatn sem er borið með vindum en það sem rennur í ám í þeirri heimsálfu. (Frederick K. Utgens, Edward J. Tarbuck, bls. 99).

Jafnvel þó að loftslagsvísindamenn vita að vatnsgufa er allra mikilvægasta lofttegundin í andrúmsloftinu sem hefur áhrif á veðrið, eru þeir ekki færir um að útskýra vatnsgufuna sem drifin er af vaskjávarma vegna þess að þeir vita ekki um tilvist hans. Hvernig eiga þá loftslagsvísindamenn að geta vonast til að skilja hnattræna hlýnun eða þá krafta sem knýja hana?

Sannleikurinn er, að þeir geta það ekki.

Nánar verður fjallað um þetta vandamál í undirkaflanum um falskenninguna um hnattræna hlýnun.

Hringrás vatns

Nútíma vísindi sýnir hringrás vatns í efri myndinni. Neðri myndin er ný og betrumbætt UM hringrás vatns, sem tekur tillit til vaskjávarma, eða drifkraft veðurs vegna umhverfisáhrifa þess á loftþrýsting og rakastig. Tvö ný hugtök eru í hinni nýju hringrás vatns: innri uppgufun og allsherjar uppgufun. Innri uppgufun lýsir hið ný uppgötvaða ferli uppgufunar sem á sér stað inni í jarðskorpunni. Það er orsakað af jarðskjálftum og er skilgreint sem hin skjóta umbreyting vatns í jarðskorpunni í gufu í andrúmsloftinu. Það gerist þegar jarðskorpan er hituð með jarðfallanúningi sem veldur uppgufun á umlykjandi vatni sem síðan sleppur út í andrúmsloftið. Allsherjar uppgufun er nýtt hugtak sem lýsir öll þau ferli sem koma vatnsgufu inn í andrúmsloftið. Nýja hringrás vatnsins kemur í stað hinnar gömlu með því að fela í sér nýtt gangverk um myndun storma og veðurmynstra – vaskjávarmann. „Ónákvæmu vísindin“ í veðurspám og hinn leyndardómsfulli óleysti uppruni veðurs eru afleiðingar þess að þekkja ekki síðari hitauppsprettuna sem knýr veðrið: vaskjávarmana.

Ný veðurhugtök

Með þeirri nýju uppgötvun að stórir jarðskjálftar hita jarðskorpuna og andrúmsloftið töluvert, getum við útvíkkað þá sýn til að taka tillit til smærri jarðskjálftahrinur og svokallaða þögla jarðskjálfta. Þessir hita einnig jarðskorpuna og hafa áhrif á veðrið – bara í minna mæli en þó á stærri svæðum. Allir vita að sjávaröldur hætta aldrei – en þær breytast þó, allt eftir flóðkrafta frá tunglinu, sólinni og frá öðrum áhrifum. Vindur hefur mikil áhrif á sjávaröldur en vindar koma frá hæðum sem myndast vegna jarðskjálfta, eins og brátt mun koma fram.

Flóðkraftar frá tunglinu og sólinni valda einnig jarðfallahitun sem er skilgreind þannig:

Jarðfallahitun – Hinn stöðugi núningshiti jarðskorpunnar frá flóðkröftum.

Hið mikla magn af vatni undir yfirborði jarðarinnar sem skrifað er um í vatnplánetulíkaninu er greinilega eitthvað sem jarðfallahitun hefur áhrif á, á hátt sem ekki var hægt að ímynda sér áður – bæði eðlisfræðilega og líffræðilega. Það er nú bara nýlega sem við höfum komist að raun um það umhverfi sem er til staðar undir yfirborði jarðarinnar, umhverfi sem vissulega mun kalla fram nýja vísindagrein fræðigreinar sem enn hefur ekki hlotið nafn. Upphitunin á neðanjarðar vatni með jarðskjálftum, eða jarðföllum, er algerlega ný hugmynd. Með því að sameina kraftana þrjá í eitt orð, þá fáum við nýtt hugtak sem mun vera notað hér eftir – vaskjávarmi.

Vaskjávarmi: Jarðskjálftahitað vatnskerfi í jarðskorpunni sem myndar háþrýstikerfi í andrúmsloftinu sem breytir veðri.

Þetta nýyrði er samsett úr vatn, jarðskjálfti og varmi.

Vaskjávarmi myndast á svæðum í efri hluta jarðskorpunnar þar sem töluvert vatn er til staðar og verður fyrir fjölda jarðskjálfta. Ferli vaskjávarma myndar gös sem rísa inn í andrúmsloftið og breyta veðrinu. Í efri hluta jarðskorpu meginlandanna mynda þessi jarðskjálftahitaða vatnsgufukerfi viðburði hæða og lægða sem stjórna veðurhringrásum. Í jarðskorpu úthafanna hefur jarðskjálftahitaði sjórinn áhrif á hnattræn veðurmynstur og óveður (t.d. El Niño og La Niña).

Vaskjávarmi er mjög svipað hugtak og vaþrývarmi sem lýst er í vatnsplánetulíkaninu, en bæði hugtökin lýsa umhverfi vatns inni í jarðskorpunni sem verða fyrir hækkuðu hitastigi og þrýstingi. Í vaskjávarma sleppa gös (aðallega vatnsgufa) í jarðskorpu meginlandanna, og upphitaður sjór í jarðskorpu úthafanna, sem hvort fyrir sig rís upp á yfirborðið. Þessi vatnskerfi eru drifin af stjarnfræðilegum lotum og hafa þau áhrif á mörg skammtíma og langtíma veðurlotum sem fólk getur fylgst með.

Þegar vatn breytist úr vökvaform í gasform, gufar það upp. Ástæðan fyrir því að uppgufað vatn er svo mikilvægt fyrir veðrið í lofthjúpnum, er að vatn eykur rúmmál sitt 1700-falt þegar það gufar upp við sjávarmál. Að skilja uppruna vatnsgufunnar er lykillinn að skilningi okkar að breytingu á veðrinu á jörðinni.

Uppgufun er ein tegund gufumyndunar og í nútíma veðurfræði eru til tvenns konar uppgufun: uppgufun frá kyrru vatni og útgufun frá plöntum. Útgufun á sér stað þegar laufblöð, trjábolir, blóm eða rætur leysa vatnsgufu út í andrúmsloftið. Gnóttargufun er hugtak sem felur í sér bæði uppgufun og útgufun, báðar þær leiðir sem flest öll vatnsgufa er talin koma inn í andrúmsloftið.  Þegar vatn er í föstu formi, eins og ís eða snjór, getur það einnig orðið að vatnsgufu með ferli sem kallast þurrgufun. Þetta er þó mjög hægfara ferli og er ekki talið hafa áhrif á veðrið af neinu ráði.

Gnóttargufun og þurrgufun er ekki ábyrgt fyrir þeirri vatnsgufu sem berst inn í andrúmsloftið í gegnum vaskjávarma ferlið sem lýst var hér að ofan. Þess vegna var nýtt hugtak fundið upp til að lýsa uppgufun vatns vegna vaskjávarma undir yfirborði jarðar – innri uppgufun. Þetta nýlega uppgötvaða ferli er skilgreint sem:

Innri uppgufun – Sú skjóta uppgufun og losun vatns í jarðskorpunni upp í andrúmsloftið

Jafnvel þótt uppgufun, útgufun og innri uppgufun hafi bein áhrif á hringrás vatnsins, getur bara innri uppgufun breytt umtalsverðu magni af vatni í vatnsgufu á skjótan hátt, með útþenslustuðul upp á 1700 við sjávarmál. Þegar mikið magn þessarar gufu er losuð með vaskjávarma ferli, erum við að tala um myndun nýrra veðurmynstra.

Innri uppgufun er stór þáttur veðurfræðinnar, en loftslagsvísindi þarfnast hugtaks sem lýsir allt náttúrulega ferli vatnsuppgufunar sem gerast á jörðinni, hugtak sem inniheldur uppgufun, útgufun, innri uppgufun, gnóttargufun og hvert annað ferli uppgufunar sem hefur áhrif á andrúmsloftið, þar með talið viðbótin á vatnsgufu frá geimnum. Þessu gæti verið lýst með hugtakinu: allsherjar uppgufun.

Jarðskjálftahiti – veðurþátturinn sem hefur vantað

Eina hitagjafann sem loftslagsvísindi eru að spá í er sá hiti sem jörðin fær frá sólinni. Hin stóru mistök eru þau að þetta er ekki eini hitagjafinn á plánetunni – og allir jarðfræðingar vita þetta inni í sér. En því miður er þetta annað gott dæmi um sérhæfingu í vísindum sem fór úrskeiðis.

Lykillinn að skilning okkar á veðri felst í þekkingunni á öðrum hitagjafa jarðarinnar. Í heimi nútíma vísinda halda veðurfræðingar ekki að jarðhiti hafi nokkur áhrif á veðrið. Þeir gera ráð fyrir að allur jarðhiti komi frá kviku djúpt í jörðinni og að það skipti litlu sem engu máli í myndun veðurs. Augljós staðfesting á þessari trú er að veður hefur greinilegar lotur, á meðan kvika hefur engar mælanlegar lotur, sem gerir það að verkum að loftslagsvísindamenn útiloka jarðhita úr veðurlíkönum sínum.

Samt sem áður er ótrúlega mikið magn af hita inni í jörðinni. Maður veltur fyrir sér hvers vegna loftslagsvísindamenn hafa ekki íhugað hið „óþrjótandi magn af hita“ úr iðrum jarðar. Í lesendabréfum í janúar 2007 útgáfunni af Scientific American, lagði einn lesandinn fram mjög góða spurningu varðandi grein frá undangengnum mánuðinum, Energy‘s Future: Beyond Carbon:

Ég var mjög vonsvikinn yfir því að þið minntust ekkert á jarðvarmann. Jörðin býr yfir óþrjótandi magn af hita, það þarf bara að grafa nægilega djúpan brunn og dæla vatn í varmaskipti eða taka það beint af yfirborðinu. Hvers vegna að horfa fram hjá þessum orkugjafa sem gnægð er af alls staðar?

Jafnvel þótt að lesandinn hafi gert ráð fyrir að þetta óþrjótandi magn hita stafi af kviku í innviðum jarðar, þá var hann samt ekki svo langt frá sannleikanum! Jörðin býr yfir jarðvarma þar sem núningshiti myndast á vissum svæðum á vissum tímum í stjarnfræðilegum lotum sólkerfisins. Greint er frá þessari hugmynd í smáatriðum í kaflanum um kviku-falskenninguna. Lotueðli jarðskjálfta, tunglskjálfta, bergbrota og hvera eru öll vitnisburðir um lotubundna hitagjafa sem verður að skilja áður en spáð er fyrir um veðurmynstur.

Í dag eru loftslagsvísindi ófær um að spá fyrir um veður lengra en gervihnattamyndir geta veitt vegna þess að hitinn í andrúmsloftinu – sem er drifkraftur veðursins – er sagður koma frá sólinni eingöngu. Þetta er frekar kaldhæðnislegt þegar maður hugsar um þann hita sem kvikan ætti að gefa, en gerir jú ekki. Án þekkingarinnar um hinn sanna uppruna jarðvarma – sem er þyngdarafls-núningur – mun framvindan í loftslagsvísindum staðna.

Uppruni veðurs

Í undirkafla 9.2 í 9. kafla UM er uppgötvað nýtt veðurlíkan til viðbótar við áhrifum kröftum landreks innan í jörðinni. Þetta er veðurlíkan þar sem hægt er að sannreyna og staðfesta uppruna veðurs með því að nota áreiðanleg mæligögn. Þróun og sannprófun veðurlíkansins var gerð möguleg vegna ferla sem ég hef fjallað um hér áður. Það er reyndar þannig að það er lykilatriði að skilja framlag þriggja mikilvægra UM veðurþátta og þau líkön sem þeir tengjast. Þessir þættir eru:

1.  Jarðskjálftahiti – Hraun-núnings líkanið
2.  Gnægð grunnvatns – Vatnsplánetulíkanið
3.  Orkusvið jarðarinnar – Jarðsviðslíkanið

Ég hef fjallað um fyrstu tvö líkönin að einhverju leyti áður, en ég mun fjalla um jarðsviðslíkanið bráðum. Hraun-núnings líkanið grundvallaði hinn sanna uppruna hraunflæðis og útskýrði hvaðan allur jarðhiti á uppruna sinn – frá jarðskjálftum og jarðföllum. Að þekkja uppruna jarðhitans og að hann birtist í hringrásum er fyrsti lykillinn til að skilja til fulls uppruna veðurs og hringrás þess. Annar lykillinn kemur frá vatnsplánetulíkaninu sem lýsir gnægð neðanjarðar vatns. Með þessa tvo lykla getum við byrjað að afhjúpa leyndardóma veðurs með því að spyrja einfaldrar grundvallar spurningar:

Hvað gerist með hið mikla vatnsmagn í jarðskorpunni þegar það verður hitað á lotubundinn hátt?

Þegar vatn er hitað nægilega mikið, umbreytist það í vatnsgufu, og á stærðargráðu heillar plánetu, skapar það háþrýstisvæði og raka.

Myndin hér að ofan sýnir ferlið hvernig grunnvatn hitnar með jarðskjálftanúningi. Þegar vatn hitnar hærra en suðumark sitt, þenur það sig út sem samsvarar 1700 sinnum rúmmál sitt í vökvaformi við venjulegan loftþrýsting. Undir yfirborði jarðar leyfir þrýstingurinn frá ofanáliggjandi jarð- og berglögum vatninu að gleypa í sig töluvert magn af hita án þess að sjóða eða gufa upp. En þegar vatnið færist nær yfirborðinu, veldur lækkunin í vatnsþrýstingnum umbreytingu vatnsins í gufu. Ef þetta gerist snögglega, eins og það gerðist við flóðið mikla, og eins og það gerist við eldgos, þá er afleiðingin ofsaleg sprenging í grunnvatninu. Oftast eru slíkir atburðir þó góðkynjaðir. Heitt vatn rís aðgerðarlítið, gufar upp á meðan það rís til yfirborðsins og upp í andrúmsloftið. Eins og við munum sjá innan skamms, getur viðbótin af þessari gufu inn í andrúmsloftið breytt veðurskilyrðunum á yfirborðinu.

Vatnsgufa sem rís upp úr yfirborð jarðarinnar er ósýnileg fyrir mannsaugað og hefur greinilega verið hulið frá augum vísindamannanna sem eru að leita svara um veðrið og uppruna þess. Á meðan það er satt að veðurfræðingar eru meðvitaðir um að raki og vatnsgufa eykst með uppgufun, þá er grundvallar munur á myndun vatnsgufu vegna jarðskjálfta og vatnsgufu sem kemur frá venjulegri uppgufun af yfirborðinu. Þessi munur er tími.

Uppgufunin úr stórum vatnspolli gæti tekið heilan dag og jafnvel lengur en prófaðu að hella sama vatnsmagni á brennandi bál og það myndi breytast í vatnsgufu á svipstundu. Það sem þetta sýnir, hvað yfirborð jarðarinnar varðar, er að á skömmum tíma geta stór svæði jarðarinnar framleitt úthelling af vatnsgufu sem hitað var úr jarðskjálftanúningi frá að því er virðist smávægilegri jarðskjálftavirkni. Þessi viðbótar vatnsgufa getur skapað, eða að minnsta kosti haft áhrif á háþrýstikerfi, eða hæðir. Hæðir eru táknaðar með stóru „H“ á veðurkortum.

Samkvæmt vitneskju okkar er þetta í fyrsta sinn sem nokkur hafi komið fram með hvernig þetta náttúrulega veðurfyrirbæri virkar, og með þetta nýja viðmið geta mörg óútskýrð veðurfyrirbæri verið útskýrð. Til dæmis hefur orsökin fyrir kuldaköst (kalt loft sem hreyfist hratt frá norðurslóðum) enga skýra útskýringu í veðurfræðinni, en með myndun hæðar innan í jörðinni getur mikið magn af nýrri vatnsgufu myndast snögglega sem þrýstir köldu lofti í burtu í átt að lægri breiddargráðu.

Vegna þess að þessar hæðir stjórna veðurmynstrum, þá er skilningurinn á uppruna þeirra mjög brýnn í loftslagsvísindum. Útskýring nútíma vísinda í dag á uppruna hæða stenst ekki en ég mun koma að því fljótlega. Fyrst um sinn munum við rannsaka nýja hugtakið jarðskjálftahita – og komast að raun um hversu sárlega þessi þáttur hefur vantað.

Jarðskjálftaveður

Á heimasíðu bandarísku veðurstofunnar USGS fjallar ein af títt spurðum spurningum um jarðskjálftaveður (sjá færslu um jarðskjálftaský). Vita skaltu að þegar þú lest svar jarðfræðinga hjá USGS, að það mun koma í ljós í 9. kafla UM að svar þeirra er rangt og að útskýring Aristótelsar sem USGS vísar á bug sem úrelt – er í raun og veru ekki svo langt frá sannleikanum:

Spurning: Er til jarðskjálftaveður?

Svar: Á fjórðu öld fyrir Krist lagði Aristóteles til að jarðskjálftar séu framkallaðir af vindum sem væru innilokaðir í neðanjarðar hellum. Haldið var að litlar jarðhræringar urðu til vegna lofts sem þrýstir upp á hellisloftið og að stórir jarðskjálftar mynduðust þegar loftið brast út á yfirborðið. Þessi kenning leiddi til trúar á jarðskjálftaveður, að vegna þess að mikið magn lofts var innilokað neðanjarðar, myndi veðrið vera hlýtt og rólegt fyrir jarðskjálfta.

Nú til dags, þökk sé framförum í vísindum, hefur verið sýnt fram á það að ekkert samband sé á milli veðurs og jarðskjálfta. Jarðskjálftar eru afleiðingar jarðfræðilegs framgangs innan í jörðinni og getur gerst í hvaða veðri sem er og á hvaða árstíma sem er.

Í undirkafla 5.3 er hægt að lesa að jafnvel þótt USGS trúi því að jarðskjálftar séu „afleiðingar jarðfræðilegs framgangs innan í jörðinni“, myndast þeir í raun vegna þyngdaraflsáhrifa fyrir utan jörðina. Í staðinn fyrir hugmyndina um að jarðskjálftar fylgi ekki hringrásum né hafa forspágildi, hefur verið uppgötvað bæði 12 og 24 klukkustunda hringrásir og einnig „jarðskjálfta-árstíma“ tengda jarðföllum, sem eru daglegar lóðréttar hreyfingar jarðskorpunnar. Þetta er hlutfallslega nýtt hugtak, jafnvel fyrir vísindamenn.

Hvernig getur nútíma jarðfræði sagt að „ekkert samband sé á milli veðurs og jarðskjálfta“ ef jarðfræðingar skilja hvorki uppruna veðurs né uppruna jarðskjálfta?

Í 9. kafla er sýnt aftur og aftur að það er til bein tengsl milli veðurs og jarðskjálfta og það sem skiptir meira máli, jarðskjálftavirkni er orsök veðurmynstra á jörðinni!

Það feikilega samansafn gagna með stöðugri athugun og eins eigin reynsla um veður gera veður-jarðskjálfta tengslin auðveld skilnings. Í bókinni Handy Weather Answer Book (1997) getum við lesið að íbúar á vesturströnd Bandaríkjanna tengja bláan himinn og hæð við stóra jarðskjálfta, athugun sem veðurfræðingar hafa ekki endilega tekið eftir:

Er til eitthvað sem heitir jarðskjálftaveður? Sumir íbúar á vesturströndinni trúa því að heiðskýr himinn í mildu háþrýstikerfi (hæð) yfir vesturhluta Bandaríkjanna séu dæmigerð skilyrði fyrir stærri jarðskjálfta (eins og í Loma Prieta jarðskjálftanum 1989). Á meðan að sumir hafa velt fyrir sér að aukinn massi andrúmsloftsins yfir svæðinu vegna hæðarinnar gæti skipt einhverju máli í jarðskjálfta, er þetta spurning sem mun krefjast mörg ár í rannsóknum til að hægt sé að svara henni.

Ef til vill verður hægt að stytta „mörg ár í rannsóknum“ í nokkrar mínútur með því að lesa það sem Universal Model hefur að segja um samband veðurs við jarðskjálfta!