Determinación de la Emisividad Total Efectiva del Dióxido de Carbono en la Atmósfera del Planeta Venus, Longitud de la Trayectoria Libre Media y Dilación del Tiempo de Cruce de los Fotones en la Tropósfera de Venus.

By Nasif Nahle
Profesor Universitario, Científico y Director de Investigaciones Científicas en el Gabinete de Biología®
Monterrey, N. L., Mexico.

17 de agosto de 2010.

Referencia:

Nahle Sabag, Nasif. Emisividad Total Efectiva del Dióxido de Carbono en la Atmósfera del Planeta Venus. July 29, 2010. Biology Cabinet Online.  Recursos Académicos. Monterrey, N. L.

DISPONIBLE EN PDF¿No tiene PDF? Descargue Acrobat Reader para su computadora


* El autor agradece al Dr. R. Reyes, doctorado en matemáticas, por su amable asistencia en el cálculo del retraso en el tiempo cuando una molécula de dióxido de carbono  emite un electrón después de haber absorbido un fotón (Léase la sección "Conclusión").


Resumen:

Esta evaluación sobre la emisividad total efectiva del dióxido de carbono en Venus y la longitud de la trayectoria libre media y el tiempo de dilación del cruce de fotones a través de la atmósfera venusina demuestra que el efecto “invernadero” en Venus no existe.

Introducción:

La lógica no siempre revela la verdad detrás de los fenómenos naturales. Por ejemplo, si un gallo cantara a medianoche y una hora más tarde la lluvia comenzara a caer, uno podría lógicamente deducir que el gallo de alguna manera habría sido sensible a la inminente precipitación. Si el Gallo cantara una vez más, y dos horas más tarde un tornado derribara el granero, uno podría deducir por lógica que el gallo de alguna manera fue capaz de predecir la aparición del tornado. Sin embargo, sabemos que el Gallo no es un meteorólogo y que apenas puede comprender el mundo que le rodea.

Mediante la misma lógica, uno podría deducir que Venus es más cálido que Mercurio y la Tierra porque su atmósfera está formada por 43.56 x 10 ^ 17 toneladas de dióxido de carbono (alrededor del 95% de la composición de la atmósfera de Venus). De hecho, este es uno de los principales argumentos que a menudo es esgrimido por los proponentes del cambio climático y del calentamiento global antropogénicos (CCGA) para apoyar  sus ideas. No obstante, la verdad científica no está de su lado — como veremos en seguida.

TOP OF PAGE^^

®
®
®
This Website was created by Nasif Nahle et al.
Copyright© 2010 by Biology Cabinet Organization
ALL RIGHTS RESERVED
Note: This website was created in 1999 by Nasif Nahle Sabag, Shemuel Britto, Kerry L. Carter and Francisco R. Cordero (†). The maintainance of this website is on charge of Biology Cabinet®. The copyrights owner is Biology Cabinet®. Biology Cabinet® was created by Nasif Nahle Sabag, Shemuel Britto, Kerry L. Carter and Francisco R. Cordero (†) in 1975.

Dr. Marisol Villegas Cardenas, Ph D.
Editorial Board
Please, donate to help keep the www.biocab.org website going. We appreciate your generous contribution.
  Crédito de la Imagen: NASA


Características de Venus (ref. 7, 8, 10 y 11)

Presión sobre la superficie: 92 bars

Densidad de la superficie: ~65 Kg/m^3

Masa total de la atmósfera: ~4.8 x 10^20 kg

Densidad del CO2 en la atmósfera venusina: 7.31 x 10^4 g/cm^3

Temperatura promedio de la superficie: 737 K (464 C)

Temperatura troposférica promedio hasta 10 Km de altitud: 696.82 K (423.1 °C)

Rango de Temperatura Diurna: ~0

Velocidad del viento: 0.3 a 1.0 m/s (superficie)

Masa molecular media: 43.45 g/mol

Composición atmosférica (sobre la superficie, por volumen):

Mayor: 96.5% Dióxido de Carbono (CO2), 3.5% Nitrógeno (N2)

Menor (ppmV): Dióxido de Azufre (SO2) - 150; Argón (Ar) - 70; Vapor de Agua (H2Og) - 20; Monóxido de Carbono (CO) - 17; Helio (He) - 12; Neón (Ne) – 7

A continuación, procederemos a realizar los cálculos sobre la emisividad total efectiva del dióxido de carbono en la atmósfera de Venus.

Fórmula para obtener la emisividad total efectiva de los gases:

ECO2 = 1-[(a-1 * 1-PE / a + b – (1 + PE)) * e [-c (Log10 (paL) m / paL) ^2]] * (ECO2)0 (Ref. 1)

Datos Conocidos:

Presión total sobre la superficie de Venus: 92 bar (Ref. 7, 8, 10, 11)

Porcentaje de dióxido de carbono en la atmósfera de Venus: 96.5% (Ref. 7, 8, 10, 11)

Presión parcial del dióxido de carbono en la atmósfera de Venus: 0.8878 bar (Ref. 7, 8, 10, 11)

Temperatura de la superficie de Venus: 737 K(Ref. 7, 8, 10, 11)


Determinación de la emisividad total efectiva del dióxido de carbono en la atmósfera de Venus:

Datos Conocidos:

PE = 9778 bar cm + [0.28 (0.8878 bar cm)] / 100 bar = 106.3 bar

t = 737 K /308 K = 2.54

(PCO2L) m = (0.225 * t^2) * (PCO2L) 0 = 0.225 * (2.54) ^2 * 92 bar = 133.5 bar

a = 1 + 0.1/ t^1.45 = 1.1 / 2.112 = 0.52

b = 0.23

c = 1.47

Como mencioné en párrafos anteriores, la fórmula para determinar la emisividad total del bióxido de carbono es la siguiente:

ECO2 = 1-[(a-1 * 1-PE / a + b – (1 + PE)) * e [-c (Log10 (paL) m / paL) ^2]] * (ECO2)0

Substituyendo valores:

ECO2 = 1-[(0.52-1 * 1-106.3 bar/0.52+0.23 – (1 + 106.3 bar)) * e [-1.47 (Log10 (133.5 bar)/9 778 bar) ^2]] * 0.2

ECO2 = 1 – [(-0.47 * 0.962)] * 0.2 = 1.45 * 0.2 = 0.3

La emisividad total del dióxido de carbono en Venus es 0.3. Este valor es 177 veces mayor que la emisividad del dióxido de carbono en la Tierra.

Determinación de la Intensidad total normal de la radiación infrarroja en Venus:

La fórmula para obtener la intensidad total normal de la radiación es la siguiente:

I = [ECO2Venus * σ * (T) ^4]/π (Ref. 1 and 3)

En donde ECO2 es la emisividad total del dióxido de carbono obtenida en la anterior fórmula, σ es la constante de Stefan-Boltzmann (5.6697 x 10^-8 J/m^2), y T es la temperatura de la superficie emisora en Kelvin.

Substituyendo valores:

I = 0.3 (5.6697 x 10^-8 J/m^2) * (737 K) ^4) / 3.141592…

Luego pues, la intensidad total normal de la radiación desde la superficie hacia la atmósfera en Venus es:

I = 1597.35 W/m^2 sr

Determinación de la potencia total emitida por la atmósfera en Venus:

Para conocer la potencia de la radiación emitida por la atmósfera, empleamos la siguiente fórmula:

q = e A (σ) * (ΔT^4)

En donde e es la emisividad total del gas absorbente, A es el área de estudio, σ es la constante de Stefan-Boltzmann (5.6697 x 10^-8 J/m^2), y T es la temperatura de la superficie emisora en Kelvin.

Substituyendo valores:

q = 0.3 (1 M^2) * (5.6697 x 10^-8 W/m^2 K^4) * (48253598640 K^4) = 5018 W

q = 5018 W

Luego pues, la potencia de la radiación emitida por el dióxido de carbono en la atmósfera Venusina es de 5018 W en un segundo, y la cantidad de energía transferida es de 5018 J (5018 W*s = 5018 J).

Procedimiento para obtener el cambio de temperatura (ΔT) causado por la radiación emitida por el dióxido de carbono en la atmósfera venusina.

ΔT = 5018 J / 0.7023 Kg (971 J/kg K) = 5018 J / 681.9 J / K = 7.36 K (Ref. 1, 2, 3 and 6)

ΔT = 7.36 K

Por lo tanto, el cambio de temperatura causado por el dióxido de carbono en la atmósfera de Venus es 7.36 K por encima de la temperatura estándar de Venus. La temperatura media a lo largo de los primeros 10 km de atmósfera venusina, por encima de la superficie, es 696.82 K; en consecuencia, la temperatura del planeta se incrementa hasta 696.82 K + 7.36 K = 704.18 K, que no sería una diferencia notable en el planeta debido a lo elevado de la temperatura de su superficie.

No obstante, si la Tierra poseyera la densidad de dióxido de carbono que existe en Venus, la temperatura de la atmósfera terrestre se incrementaría de 290 K (temperatura estándar) hasta 297.36 K. En días de verano, esta temperatura se incrementaría hasta 317.51 K (44.4 °C) a partir de una temperatura ambiental de 37 °C.

Siguiendo estos procedimientos, se confirma que el potencial del dióxido de carbono para causar incrementos anómalos de temperatura en la atmósfera depende altamente de su densidad y de la temperatura que impere en la superficie.

Por otra parte, este algoritmo comprueba que el potencial del dióxido de carbono para emitir energía térmica radiante no es significativo, incluso en concentraciones muy altas, como es el caso de Venus. Sin embargo, la fracción de masa del dióxido de carbono en la atmósfera venusina podría hacernos deducir "por lógica" que la longitud de la trayectoria libre media de los fotones emitidos desde la superficie del planeta podría ser considerablemente menor que la longitud de la trayectoria libre media de los fotones emitidos desde la superficie en la Tierra. Por esa razón, he decidido realizar los cálculos apropiados para obtener la longitud de la trayectoria libre media  y el tiempo de dilación de un fotón para salir de la atmósfera venusina hacia el espacio.

El dióxido de carbono es el mismo en cada lugar del universo conocido y sus características fisicoquímicas son las mismas en todas partes del universo conocido; por lo tanto, podemos y debemos aplicar las mismas magnitudes que se introducen para calcular el tiempo que un fotón toma para salir de la atmósfera venusina, después de colisionar o ser dispersados por las moléculas del dióxido de carbono, y la longitud de la trayectoria libre media de los fotones emitidos desde la superficie de Venus hacia su atmósfera.

Procedimientos para el cálculo de la longitud de la trayectoria libre media  y el tiempo que tardan los fotones de la radiación infrarroja emitida por la superficie para cruzar la atmósfera venusina hacia el espacio.

Datos Requeridos:

Densidad del CO2 en la atmósfera de Venus: 7.31 x 10^4 g/cm^3

Masa Molar del CO2 = 44.01 g/mol

Masa del CO2 = (# de moles) * (masa molar) = 1.81 x 10^3 mol * (44.01 g/mol) =
= 7.97 x 10^4 g

Número de moles de CO2 = (masa) / (masa molar) = 7.31 x 10^4 (g/cm^3 * cm^3) / 44.01 (g/mol) = 1.7 x 10^3 mol

Número de moléculas de dióxido de carbono por gramo = moles * Número de Avogadro/ masa molar = (1.7 x 10^3 mol * 6.02 × 10^23 moléculas por g) / 44.01 g/mol =
= 2.27 x 10^25 moléculas * g

Número de Avogadro (6.02 × 10^23) moléculas/g

Sección transversal de Thomson (σ) = 6.7 x 10^-25 cm

Determinación de la longitud de la trayectoria libre media  para los fotones en la atmósfera de Venus antes de colisionar con una molécula de dióxido de carbono.

Fórmula para obtener la longitud del camino libre medio de los fotones antes de chocar con moléculas de CO2:

l = m / (n σ)(ref. 1 and 2).

En donde l es para la longitud del camino libre medio, m es la masa del gas, n es el número de moléculas de la substancia por gramo, y σ es la Sección Transversal de Thomson (6.7 x 10^-25 cm).

Datos conocidos:

Sección Transversal de Thomson (σ) = 6.7 x 10^-25 cm

Masa del CO2 (m) = 7.31 x 10^4 g

Moles de dióxido de carbono = 1.7 x 10^3 mol

Moléculas de  CO2 por gramo (n) = (1.7 x 10^3 mol * 6.02 × 10^23 moléculas) / 44.01 (g/mol) = = 2.27 x 10^25 moléculas * g

Substituyendo valores:

l = (7.31 x 10^4 g) / (2.27 x 10^25 moléculas * g) * 6.7 x 10^-25 cm) = 4802 cm

l = 48 m

Por lo tanto, la longitud de la trayectoria libre media (l) para la corriente de fotones emitidos desde la superficie es 4802 cm, la cual es la longitud de la trayectoria de un fotón cruzando la atmósfera de Venus antes de colisionar con, o ser dispersada por, una molécula de dióxido de carbono.

Para una comparación más precisa con la Tierra, voy a utilizar los primeros 7.7 km. de la atmósfera venusina para los siguientes cálculos.

Notamos que la longitud de la trayectoria libre media para los fotones en Venus es la misma que en la Tierra. En consecuencia, el tiempo empleado por un fotón para pasar a través de los primeros 7.7 kilómetros de la troposfera venusina es el siguiente:

Determinación del tiempo que toma un fotón para cruzar los primeros 7.7 kilómetros de la atmósfera venusina hacia el espacio.

Fórmula para obtener el tiempo tomado por un fotón para cruzar la primera 7,7 km. de la atmósfera venusina después de chocar con moléculas de CO2:

t = r^2 / (l*c)(ref. 1 y 2)

En donde r es el radio del sistema en estudio, l es la longitud de la trayectoria libre media de los fotones y c es la velocidad de la luz en el vacío (2.99909301 x 10^10 cm/s).

Datos conocidos:

rtrop Venus = 7.7 x 10^5 cm

l = 4802 cm (obtenidos en el procedimiento anterior).

c = 2.99909301 x 10^10 (cm/s)

Substituyendo valores:

t = r^2 / (l*c) = 5.93 x 10^11 cm^2 / [4802 cm * 2.99909301 x 10^10 (cm/s)] = 0.0041 s

t = 0.0041 s, o 4.1 milisegundos

Note que el lapso de tiempo de cruce es casi el mismo en Venus que en la tierra (0.0042 s). La razón de ello es que la temperatura de la atmósfera de Venus es 2.5 mayor que la temperatura de la atmósfera de la Tierra, de tal forma que el dióxido de carbono en la atmósfera venusina se encuentra mucho más disperso que en la atmósfera de la Tierra.

Análisis:

Los resultados de los algoritmos en el análisis anterior ilustran claramente la falacia de un efecto de “invernadero” en Venus causado por el dióxido de carbono. No hay tal "efecto invernadero" en Venus que pudiera atribuirse a una elevada fracción de masa del CO2. Los esquemas engañosos sobre Venus, esgrimidos rutinariamente como un ejemplo de la existencia de un efecto de “invernadero” en la Tierra debido al dióxido de carbono, puede obtenerse solamente haciendo caso omiso de las leyes de la física, en particular, de la expansión de la materia cuando su temperatura aumenta antes de un cambio de fase.

A partir de estos resultados, deducimos que la causa de la anomalía de la temperatura de la superficie de Venus no puede atribuirse al dióxido de carbono, sino a otro factor que no ha sido tomado correctamente en cuenta. Examinemos algunas de las características de Venus que han sido sistemáticamente ignoradas por los partidarios del cambio climático antropogénico.

En primer lugar, al considerar exclusivamente la radiación solar incidente sobre la superficie de Venus, notamos que la temperatura de la superficie de Venus, es decir, el suelo venusino, es considerablemente mayor a la esperada. (Ref. 7)

Otra característica venusina sistemáticamente ignorado por los partidarios del calentamiento global antropogénico es que la temperatura de la atmósfera del planeta es siempre inferior a la temperatura de su superficie (ref. 7, 8 y 10), de día y de noche, de tal forma que es imposible que la atmósfera caliente a la superficie — como también es el caso aquí en la Tierra.

La tercera característica tenazmente ignorada por los climatólogos partidarios del cambio climático antropogénico, la cual es el factor principal de calentamiento en Venus, es que, a diferencia de la Tierra, Venus no tiene un campo magnético o magnetosfera. Las partículas de plasma supercaliente penetran directamente a la atmósfera de Venus y arrastra sus componentes, substancialmente al vapor de agua, hacia el espacio exterior (ref. 10 y 11) (vea la imagen abajo).

Note que el vapor de agua es abundante en la capa exterior de la atmósfera venusina y que el vapor de agua tiene una capacidad térmica que lo hace actuar como un amortiguador y emisor altamente eficiente de la energía térmica, a diferencia del dióxido de carbono. Por lo tanto, la ausencia de una magnetosfera permite que las partículas de plasma solar supercaliente lleguen a la superficie del planeta. Luego pues, existen dos mecanismos de calentamiento: la radiación solar incidente sobre la superficie de Venus y las partículas de plasma solar sobrecalentado.

Las diferencias entre Venus y la Tierra son tan grandes que no existe ningún punto de similitud entre los dos planetas. Además, el "efecto invernadero" parece ser un mito.

TOP OF PAGE^^

Biology Cabinet

Research and Advisory on Biology
Imagen cortesía de la Agencia Espacial Europea.

La imagen sobre estas líneas muestra la interacción entre la atmósfera de Venus y el plasma solar (viento solar). La capa azul es agua, la cual es ionizada y arrastrada desde la atmósfera venusina hacia el espacio. La capa amarilla está compuesta de partículas de plasma solar, SO2, SO3 y CO2; éstos últimos tres compuestos forman parte de la atmósfera de Venus.

Conclusión:

Para concluir, no hay punto de comparación entre la temperatura de Venus y la temperatura de la Tierra por las siguientes razones sistemáticas:

1. La temperatura de la atmósfera venusina es 2.5 veces más elevada que la temperatura de la atmósfera de la Tierra; por lo tanto, el dióxido de carbono en Venus, aunque más abundante que en la Tierra, se encuentra enormemente disperso por el efecto de expansión térmica causado por la elevada temperatura. La expansión térmica es una ley de la física que es aplicable en todas partes y en todo momento en el universo conocido. (Ref. 5 y 9)

2. El dióxido de carbono no puede ser comprimido en una atmósfera abierta como la atmósfera venusina porque un volumen sustancial de materia es arrastrado hacia el espacio exterior por el viento solar. Por otra parte, el volumen de dióxido de carbono aumenta a medida que aumenta su temperatura; en consecuencia, la expansión volumétrica anula el efecto de la densidad del gas.

3. Venus no tiene un campo magnético que lo proteja del embate directo de las partículas de plasma solar supercaliente sobre la atmósfera venusina y la transferir de energía térmica e impulso a las moléculas de los gases que conforman la atmósfera de Venus. (Ref. 7, 10 y 11)

4. Las partículas de plasma solar colisionan directamente sobre la superficie del planeta, por lo que la superficie se calienta más allá de las predicciones basadas solamente en la radiación solar incidente sobre la superficie del planeta. La energía térmica y el impulso de las partículas de plasma solar se transfieren a las moléculas de la superficie del planeta, con lo cual el calentamiento de las moléculas rebasa a las predicciones.

5. El vapor de agua y una porción de los restantes gases de la atmósfera venusina son arrastrados hacia el espacio exterior por el viento solar (ref. 10 y 11). Esto genera fricción y transferencia de energía térmica e impulso de las partículas de plasma a las moléculas de gas en las capas más externas de la atmósfera de Venus y desde ahí a las capas inferiores de la atmósfera venusina.

6. Alternativamente, el retraso para que una molécula de dióxido de carbono emita electrones y fotones, después de haber absorbido un fotón de energía radiada por la superficie, se mide en attosegundos (as), es decir, 10^-18 segundos; en consecuencia, no existe un mecanismo físico para que el dióxido de carbono atmosférico almacene energía por períodos mayores a 20 ± 5 as. (ref. 12 y 13)

Este análisis demuestra que el efecto de "invernadero" en Venus por dióxido de carbono no tiene fundamento científico.

TOP OF PAGE^^


REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA:

1. Manrique, J. A. V. Transferencia de Calor. 2002. Oxford University Press. England.

2. Modest, Michael F. Radiative Heat Transfer-Second Edition. 2003. Elsevier Science, USA and Academic Press, UK.

3. Pitts, Donald and Sissom, Leighton. Heat Transfer. 1998. McGraw-Hill, NY.

4. Van Ness, H. C. Understanding Thermodynamics. 1969. General Publishing Company. Ltd. Ontario, Canada.

5. Engel, Thomas and Reid, Philip. Thermodynamics, Statistical, Thermodynamics & Kinetics. 2006. Pearson Education, Inc.

6. Nahle, N. Didactic Article: Induced Emission and Heat Stored. 21 May 2009. Biology Cabinet Organization. http://www.biocab.org/Induced_Emission.html

Bibliografía sobre las características de Venus:

7. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/venusfact.html (last reading on August 10, 2010)


8. http://www.daviddarling.info/encyclopedia/V/Venusatmos.html (last reading on July 4, 2010)


9. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html.

10. http://www.esa.int/esaMI/Venus_Express/SEM0G373R8F_1.html Caught in the Wind from the Sun. ESA-Science. Last visit: August 10, 2010.

11. Suplee, Curt. The Plasma Universe. 2009. Division of Plasma Physics of the American Physical Society. Cambridge University Press. NY. Pp. 34-37.

12. Hart, H. W. van der. When Does Photoemission Begin? Science. 25 June 2010. Vol. 328. No. 5986; pp. 1645 – 1646.

13. Schultze, M., Fieß, M., Karpowicz, N., Gagnon, J., Korbman, M., Hofstetter, M., Neppl, S., Cavalieri, A. L., Komninos, Y., Mercouris, Th., Nicolaides, C. A., Pazourek, R., Nagele, S., Feist, J., Burgdörfer, J., Azzeer, A. M., Ernstorfer, R., Kienberger, R., Kleineberg, U., Goulielmakis, E., Krausz, F., Yakovlev, V.S. Delay in Photoemission. Science. 25 June 2010. Vol. 328. No. 5986; pp. 1658 – 1662.

TOP OF PAGE^^