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!

Veðurþátturinn sem vantar

Richard A. Kenn, vinsæll rithöfundur og veðurfræðingur, skrifaði:

Fimm grundvallarþættir samanlagðir gera það augljóst að jörðin hefur það veður sem við þekkjum. Í fyrsta lagi er augljósasti þátturinn sá að jörðin hefur andrúmsloft. Í öðru lagi skín sólin á jörðina. Þriðji þátturinn er snúningur jarðar. Næsti þáttur – og hann er einstakur fyrir jörðina – er hinn mikli vatnsforði jarðarinnar. Og að lokum er það landafræðin – fjölbreytt yfirborð frá höfum til meginlanda og íslaga sem þekja jörðina. (The Western Weather Guide, Richard A. Keen, Fulcrum Inc., Skywatch, 1987, bls. 3).

Hver af þessum „fimm grundvallarþáttum“ veldur veðurbreytingum? Getum við sagt að einhver einn þeirra eða einhver samsetning þeirra veldur regnstormum, snjóstormum, fellibyljum og hvirfilvindum? Það getum við ekki.

Í raun vitum við öll að veðrið getur algerlega breyst frá degi til dags, en…

Landafræðin breyttist ekki…

Vatnsforðinn breyttist ekki…

Snúningur jarðar breyttist ekki…

Flatarmál jarðar sem varð fyrir sólargeislum breyttist ekki…

Köfnunarefni, súrefni og argon sem andrúmsloftið er aðallega samsett úr breyttist ekki. Þessir „fimm grundvallarþættir“ veðursins eru fastar á daglegum grundvelli.

Grundvallar spurning: Hvað veldur breytingum á veðrinu frá degi til dags?

Þetta er milljón dollara spurningin í veðurfræði og svarið við henni fylgir hinni einföldu sannleiksreglu: í náttúrunni er einfaldi sannleikurinn sá, að sannleikurinn er einfaldur.

Hinir fimm grundvallarþættir veðursins valda ekki breytingum á veðrinu frá degi til dags, heldur er þar annar veðurþáttur að verki.

Veðurþátturinn sem vantar hefur áhrif bæði á daglega veðrið og á langtíma veðurmynstrið, eða á veðurfarið.

Að uppgötva og staðfesta uppruna veðurs

Walter A. Lyons lýsir viðhorfinu sem gegnsýrir sumar vísindagreinar í bók sinni The Handy Weather Answer Book (1997):

Það gæti virst þannig að allt sem hægt er að uppgötva í vísindum hefur verið uppgötvað. Það tilkall hefur oft verið gert á síðustu öld af nokkrum af hrokafyllri hluta vísindasamfélagsins. Loftslagsvísindamenn eru almennt auðmýkri – við vitum fyrir víst að það er margt sem við einfaldlega ekki skiljum um hina flóknu gagnvirkni andrúmsloftsins við yfirborð jarðarinnar og við hinn ekki-svo-tóma geim sem umlykur plánetuna okkar. Á meðan svo veigamiklar framfarir hafa verið gerðar, þá er til stór heimur uppgötvunar sem enn bíður hina forvitnu.

Það virðist vera að Lyon og aðrir loftslagsvísindamenn eru fálátari í að lýsa yfir kenningum sínum sem staðreyndir en aðrir vísindamenn í öðrum greinum – hvers vegna?

Loftslagsvísindamenn eru varkárari í að lýsa yfir kenningum sínum sem staðreyndir en aðrir vísindamenn í öðrum greinum, vegna þess að þeir vita að almenningur getur auðveldlega prófað kenningar þeirra.

Hvernig prófar almenningur falskenninguna um miklahvell, eða kviku-falskenninguna, jarðfræðilegan tíma eða þróunar-falskenninguna? Jafnvel vísindamenn sjálfir eiga erfitt með að koma með beinar sannanir fyrir kenningunum. Ef til vill eru loftslagsvísindamenn settir á hærri ábyrgðarskyldu en á öðrum sviðum náttúruvísinda vegna þess að það sem þeir segja, er oft sannað eða afsannað eftir tiltölulegan stutta orðræðu, á meðan aðrar vísindagreinar eru svo ruglandi eða erfiðar að meðal manneskja snýr sér bara undan. Einn leiðtogi nútíma vísinda fór svo langt að segja:

Fólk almennt finnst vísindin vera andstyggileg og virðist óttast þau. (Lipps)

Nútíma vísindi þarf að breyta þessu viðhorfi, hversu erfitt sem það kann að reynast. Ótal mörg samfélög nútíma vísinda harma skortinn á ungum og nýjum vísindamönnum og hugsa um hvað sé hægt að gera til að hvetja fleira ungt fólk til að tileinka sér vísindi. Hvernig geta vísindi nokkurn tímann vænst þess að endurheimta traust án ábyrgðarskyldu? Það er ekki til alhliða vísindaleg aðferð til að prófa og mæla nýjar vísindalegar uppgötvanir og frá sjónarmiði almennings geta vísindamenn sjálfir ekki verið sammála um sumt af grundvallaratriðum í vísindum – eins og hnattræna hlýnun, mál sem er fullt blekkingar og undirferlis.

Einn af tilgangum UM er að færa ábyrgðarskyldu og starfsrækslu inn í hin gölluðu vísindi og endurreisa traust almennings. Þessu verður náð með því að endurreisa sannleika í vísindum, þar sem tilgangurinn er að uppgötva ný náttúrulögmál í staðinn fyrir endalausar kenningar.

Lyons sagði að það væri „stór heimur uppgötvunar sem enn bíður hina forvitnu.“ Með því að útskýra uppruna veðurs, mun Veðurlíkanið opna nýjan heim veðurfræðilegra uppgötvana fyrir alla þá sem eru forvitnir.

Kviku-falskenningin og veðurlíkanið

Það er ákveðin ástæða fyrir því uppruni veðurs vantar vísindalega hugsun. Veðurfræðina vantar hreinlega nokkur mikilvæg stykki úr púsluspili hins náttúrulega veðurs, enda hefur stærsta stykkið verið ófundið í rúma öld. Það er oft nefnt „áhugavert vandamál landafræði sjávarins.“ Kennslubók frá árinu 1901 undir heitinu Lessons in Physical Geography skýrir frá löngum þekktri „staðreynd“ um hitastig í jarðskorpunni:

Staðreyndin að á meðan hitastigið í jarðskorpunni eykst niður á við, minnkar það í sjónum í sömu átt, skapar ótrúlega áhugavert vandamál í landafræði sjávarins.

Innan viðmiðsins um kvikuplánetu er þetta stórt vandamál!

Varmi flyst einungis frá heitum hlut til kalds, þannig að við ættum að sjá vaxandi hitastigul frá innviði jarðar til yfirborðsins, bæði í jarðskorpu meginlandanna og í sjónum – en við gerum það ekki.

Hitastig sjávar minnkar með dýpt á meðan að hitastigullinn í jarðskorpunni vex í áttina að staðbundnum núningshita. Neikvæður hitastigull er „vandamál“ í landafræði sjávarins vegna þess að ef jörðin væri kvikupláneta, þá ættu bæði jarðskorpan og sjórinn að sýna hækkandi hitastig þegar maður nálgast kvikuna meir og meir.

Enn fremur hefur vatn hærri varmarýmd en berg, sem þýðir að vatn getur flutt varma frá iðrum jarðar með iðustreymi og varmaleiðni. Þannig að við ættum að sjá hitastig sjávar hækka örar en í jarðskorpu meginlandanna með vaxandi dýpt, ef kvikan væri raunverulega til. Án nýja núnings-hitalögmálsins gæti þetta „vandamál“ aldrei verið leyst.

Núnings-hitalögmálið leggur einnig grunninn fyrir því hvernig veður virkar. Það er eitt af púslustykkjunum sem hefur vantað í veðurlíkaninu. Trú nútíma vísinda á kviku hefur haldið aftur þekkinguna um hinn raunverulega uppruna hitans í jarðskorpunni, sem eru jarðskjálftar. Jarðskjálftar og jarðföll (sbr. sjávarföll) eru ábyrg fyrir þeim hita sem myndast undir fætur okkar og fyrir veðrið yfir höfuð okkar.