Pascal C03

Température d'équilibre pour une Terre sans atmosphère

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J'ai eu besoin de me replonger dans des calculs assez simples d'une Terre isolée dans l'espace à 0K et recevant le flux solaire. Hypothèse avec et sans albédo.

Comme c'est un peu loin, j'ai fait un peu de recherche.

Je n'arrive pas à prendre en défaut la démo suivante. Mais je trouve sur d'autres sources une Terre plus froide si on lui retire son atmosphère... :S

(Il arrive à 280K pour une Terre sans atmosphère et sans albédo et écrit à côté -7°c mais en dehors de cela, je n'ai pas repéré d'erreur. Son résultat est de 256 K en intégrant l'albédo...

 

Cela vous parait-il exact ?

 

https://www.youtube.com/watch?v=YKm-NNdPgWE

 

 

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Invité iblack
Il y a 2 heures, dg2 a dit :

Avec une albédo nulle, on trouve environ 5 °C.

 

P'tite remarque, albédo est masculin  ;)

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Ok, le calcul proposé dans la vidéo est donc juste,:) à la coquille près sur son -7 à la place de +7... 9_9

 

Les C.S. jouent plutôt sur les cycles, le CO2 conséquence de la T plutôt que l'inverse pour défendre leur steak

 

En fait, je connaissais JL Dufresne mais j'ai découvert un peu tard pour ma préparation cette excellente vidéo de lui.

 

 

 

 

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Très bien ce fil ! Ce qui est marquant, c'est que la température sans atmosphère trouvée par le calcul est finalement assez proche de la température moyenne avec atmosphère, intéressant à retenir... :) 

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Il y a 2 heures, Cédric Perrouriefh a dit :

 Ce qui est marquant, c'est que la température sans atmosphère trouvée par le calcul est finalement assez proche de la température moyenne avec atmosphère, intéressant à retenir...

 

Température moyenne sur Terre = +15°

Pas du tout les -19° calculés ou c'est moi qui me plante ?

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Oui c'est sûr que là, l'écart se creuse un peu. J'avais retenu le chiffre de 5°C en supposant l'albédo nul. Pour le coup ça ne fait plus que 10° de moins que la moyenne actuelle !

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N'oublierait-on pas dans cette affaire, l'apport d'origine nucléaire (il n'y a pas que l'homme qui sait faire : la nature aussi :) ). Si le Soleil apporte beaucoup, il n'apporte pas tout.

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Sans atmosphère et avec un albédo, la température de la Terre est de : environ -17°c ou -19°c selon les hypothèses

Avec atmosphère, température moyenne constatée : de l'ordre de 15°c

 

L'apport en chaleur venant du centre de la Terre compte pour peanuts*. De même, l'effet thermique de l'homme : la chaleur de toutes nos "machines" compte pour peanuts.

C'est bien l'atmosphère et les ppm des g.e.s. qui font que nous sommes là.

 

*J Fourier est un précurseur pour les premiers calculs. JL Dufresne parle de gradient de température mesuré dans les mines de charbon et utilisé par Fourier...

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Merci Pascal pour ces précisions. J'avais lu autre chose mais je ne sais plus où ...

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Il y a 4 heures, ndesprez a dit :

N'oublierait-on pas dans cette affaire, l'apport d'origine nucléaire (il n'y a pas que l'homme qui sait faire : la nature aussi :) ). Si le Soleil apporte beaucoup, il n'apporte pas tout

 

J'avais lu autre chose aussi (j'ai en mémoire que la radioactivité naturelle d'un  mètre cube apportait 10 W en chaleur ... mais est ce que ma mémoire est fiable ?)

 

Je cherche , mais pas retrouvé pour l'instant , juste ça

 

http://leplus.nouvelobs.com/contribution/175014-la-moitie-de-la-chaleur-issue-de-la-terre-est-d-origine-nucleaire.html

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Trouvé autre chose

 

https://www.emse.fr/~bouchardon/enseignement/processus-naturels/up1/web/wiki/Q - Energie interne - la chaleur interne sur Terre - Letellier.htm

 

Citation

Le débit de chaleur, qui est de l'ordre de quelques milliwatts par tonne pour l'uranium et le thorium, est nettement plus faible pour le potassium parce que cet élément contient très peu d'isotope radioactif (0.0117 %). Par contre le potassium est beaucoup plus abondant dans la croûte terrestre

 

1 m3 de terre c'est environ 2000 kg , quelques Watts .....

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Il y a 4 heures, ndesprez a dit :

N'oublierait-on pas dans cette affaire, l'apport d'origine nucléaire (il n'y a pas que l'homme qui sait faire : la nature aussi :) ). Si le Soleil apporte beaucoup, il n'apporte pas tout.

Une simple recherche Google vous apprendra que le flux géothermique terrestre des de quelques dizaines de térawatts, ce qui rapporté à la surface terrestre nous fait moins de 0,1 W/m2... flux d'ailleurs très inhomogène car fortement dépendant de l'épaisseur de la croûte (plus faible donc sur les continent que dans les océans, et au plus fort au niveau des dorsales océaniques. Pour mémoire, le sommet de l'atmosphère (sans tenir compte de l'albédo) reçoit en moyenne C / 4, soit 340 W/m2 (à multiplier par 0,7 si on tient compte de l'albédo).

 

De plus, dans le détail, ce flux géothermique n'a aucune raison d'être dominé par la production radioactive. C'est sans doute une des rares retombées scientifiques positives de l'accident de Fukushima : une fois toutes les centrales nucléaires japonaises à l'arrêt, le détecteur de neutrinos de Superkamiokande a pu commencer à mesurer directement la production d'énergie dues aux désintégrations radioactives dans l'intérieur terrestre (uranium, thorium plus potassium-40) sans être pollué par les neutrinos des centrales.  Il me semble que la part due à la radioactivité (déjà estimée par ailleurs, mais plus directement mesurée cette fois) est de l'ordre du tiers (Google est votre ami, et le mot magique est Urey ratio).

 

Par contre (j'essaie de deviner ce qui pourrait vous avoir induit en erreur), dans le Système solaire primitif, des isotopes radioactifs à très courte période ont permis à des corps même petits d'avoir un intérieur liquide. Un des coupables est probablement l'aluminium-26, qui a en principe été suffisant pour permettre à un corps aussi petit que Vesta d'avoir un intérieur partiellement fondue et de connaître un volcanisme primitif.

 

Si on refait le genre de calcul ci-dessus pour Jupiter, on réalise que Jupiter est plus chaude qu'elle ne devrait l'être (124 K vs. un peu plus de 110 K). Elle rayonne environ 1,65 fois plus d'énergie qu'elle n'en reçoit (dans le temps on parlait plutôt d'un facteur 2, je ne sais pas pourquoi). Mais la source d'énergie n'a rien à voir avec la radioactivité, c'est juste la chaleur de l'accrétion initiale qui n'a pas encore eu le temps de s'échapper. Saturne aussi a une température supérieure à celle que l'énergie reçu du Soleil modulé par l'albédo devrait lui permettre d'avoir. Cette fois, la planète est refroidie, mais pas encore complètement différenciée : avec la température qui baisse, l'hélium cesse d'être miscible avec l'hydrogène et tombe au centre car plus dense. Cela suffit à produire beaucoup d'énergie. Neptune est également plus chaude que ce que le seul chauffage par le Soleil lui permet d'être, mais je n'ai pas souvenance qu'on ait identifié la source d'énergie.

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Il y a 10 heures, dg2 a dit :

Pour mémoire, le sommet de l'atmosphère (sans tenir compte de l'albédo) reçoit en moyenne C / 4, soit 340 W/m2

 

Hop, super, c'était ma 2ème question mais je ne trouvais plus ni les sources, ni la valeur...

Pourquoi ce 1361/4...

Ça correspond au flux moyen reçu pour 1m² d'une demi sphère éclairée ? J'ai bon :$

Si j'oriente un panneau soleil perpendiculairement aux rayons incidents, je retrouve les 1300 W théoriques ? Il est encore tôt pour moi.:ph34r:

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il y a 50 minutes, Pascal C03 a dit :

Pourquoi ce 1361/4...

La surface exposée au Soleil est pi.R2, et la surface totale de la sphère 4pi.R2 (la nuit ton panneau solaire ne reçoit rien quelque soit son orientation...)... donc il faut bien répartir l'énergie reçue sur 4x plus de surface...

Nicolas

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Bonjour les gens,

 

Je déterre ce post car mes réflexions se heurtent pas mal avec ces -18°C d'une Terre sans atmosphère.

 

Du moins son calcul. On fait l'hypothèse que la Terre est un corps noir recevant de l'énergie (1361W/m² moins l'albédo), son entière surface rayonne ensuite de façon totalement homogène (caractéristique des corps noirs) et l'on trouve une température -18°C. Ici c'est bien une température réelle au sens de la thermodynamique, pas une moyenne, car issue de la loi de Steffan-Boltzman. Ceci dit ce n'est pas difficile d'en faire une moyenne également.

 

On peut remarquer déjà que ce n'est pas réaliste puisque toute planète présente une face éclairée, une autre non et que sans entrer dans le détail, il y a clairement deux hémisphères, l'un très chaud l'autre très froid. La moyenne des températures si on fait le calcul avec ces deux faces  donne -121°C (on prend ici -273.15°C pour la face dans la nuit vu que l'on néglige la géothermie). Et si l'on fait le calcul plus finement en découpant la planète en petites zones ça donne -129°C.

 

On trouve ces calculs ici ils viennent de deux scientifiques G. Gerlich et R. D. Tscheuschner.

 

On pourrait dire que faire la moyenne des températures de la face éclairée et non éclairée n'a pas vraiment de sens en physique, mais c'est exactement la même chose pour les 15°C ; il s'agit d'une moyenne avec des écarts aussi important que peuvent être les températures au cœur de l'Antarctique la nuit en hiver austral et celles en plein Sahara à midi... Certes les écarts sont moindres grâce à l'atmosphère, mais justement on l'enlève faut donc que la théorie le fasse aussi.

 

Le calcul menant aux -18°C fait semblant d'enlever l'atmosphère puisque il y a encore sont effet d’homogénéisation, c'est même trop poussé comme homogénéisation puisqu'elle est parfaite (corps noir).

 

Alors voilà mon sentiment, quand on supprime l'atmosphère, les écarts de températures assez extrêmes (on tient compte du jour et de la nuit) on obtient une moyenne très éloignée de la température moyenne relevée avec atmosphère (-129°C vs +15°C)

Quand on fait semblant de supprimer l'atmosphère mais qu'on lisse les écarts au point extrême d'une homogénéité parfaite et totalement irréaliste, c'est la réalité qui propose des écarts extrêmes pour le coup (-90°C à +60°C) par rapport à cette homogénéité. Je ne vois pas de raison de faire confiance à ces -18°C.

 

Bref on ne peut pas enlever l'atmosphère et on ne peut pas vraiment calculer la température moyenne qu'aurait la Terre, si déjà ça peut avoir du sens. Alors pourquoi cet argument précis des 33°C de réchauffement (de -18° à +15°) ; on le sait que l'atmosphère nous réchauffe comme une couverture. Quel intérêt de donner cette valeur ? C'est peut-être même pas le bon ordre de grandeur, ça pourrait être 50 ou 70° ça changerait quoi ?

 

Ma question est ; est-ce que ces -18°C sont utilisés par le Giec dans les modèles qui conduisent ensuite aux différentes valeur de sensibilité climatique (hausse de t° pour un doublage du CO2) ? Dans ce cas faudrait sans doute avoir quelque chose de plus rigoureux à mon sens. Sinon ça n'a pas vraiment d’intérêt, mais tout le monde en parle...

 

Enfin si je comprends bien l'atmosphère a un rôle réchauffant (par effet de serre) et un rôle de répartition de chaleur. Si on veut observer seulement l'effet du rôle réchauffant on comprend le passage au modèle du corps noir (qui conserve l'effet d'homogénéisation et l'accentue). Mais on note pour le coup qu'il y a une forte perte de température si on supprime l’homogénéisation (-129° contre -18°C) et que ce rôle est bien plus réchauffant que l'effet de serre...

 

Amicalement, Vincent

Modifié par Daube-sonne

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il y a 38 minutes, Daube-sonne a dit :

on prend ici -273.15°C pour la face dans la nuit vu que l'on néglige la géothermie

 

L'argument que la notion de température moyenne est une quantité discutable est un grand classique de l'argumentaire climatosceptique. Sans même suivre votre lien, je mettrais ma main au feu que cela vient de chez eux.

 

Pour le reste : l'inertie thermique des sols et surtout de l'atmosphère et des masses océaniques fait que la distinction entre le côté jour et le côté nuit telle que vous la faites est très artificielle. Exemple trivial (mais académique) : un objet qui tourne sur lui-même entre quelques minutes. Autre exemple trivial, du monde réel cette fois : Vénus. Les nuits y durent des mois terrestres, mais la température n'y baisse quasiment pas. Vous pouvez aussi prendre l'exemple de votre poulet que vous cuisez à la broche. Croyez-vous que le côté dudit poulet qui n'est pas du côté du grill voit sa température baisser jusqu'à atteindre la température ambiante pour remonter en flèche un demi-tour plus tard ?

 

Plus sérieusement, en l'absence d'atmosphère et avec une rotation lente, le contraste jour-nuit est tel que la notion de moyenne sur les deux hémisphère est effectivement plus discutable, que ce soit sur la Lune ou sur Mercure par exemple. Notez cependant que la température ne descend pas à -273,15 K dans un cas comme dans l'autre : le sol garde une certaine inertie thermique malgré tout. Ceci dit, sauf erreur de ma part, dans ces deux cas, les gens font bien la distinction entre les températures diurnes et nocturnes.  Je n'ai par exemple jamais lu que la "température moyenne" de Mercure serait de 150 °C au motif qu'elle monte à 450 °C le jour et descend à -150 °C la nuit (je n'ai pas les chiffres exacts en tête, mais vous voyez l'idée).

 

Donc ce délire que le côté nuit devrait être à -273,15 °C est... un délire. Rien à rajouter.
 

Par ailleurs, il est inutile de parler "des calculs du GIEC". Le calcul de ces -19 °C, c'est de la première ou seconde année de licence. Évidemment, une modélisation fine des choses va aller bien plus loin que ce calcul, qui sert d'introduction en licence. Arrêtez de fantasmer sur le fait que des milliers de climatologues ou chercheurs de tel ou tel domaine auraient loupé un calcul de trois lignes. C'est naïf et prétentieux (et dans certains cas possiblement méprisant). Il est du reste amusant que les arguments des climatosceptiques oscillent parfois entre "les climatologues ont fait une erreur de débutant" et "le climat est de toute façon trop difficile à modéliser". Trop difficile pour les climatosceptiques, ça oui. Pour les milliers de gens qui travaillent dessus depuis des décennies, c'est plus difficilement audible. La vraie question qu'une personne sceptique (et de bonne foi) doit se poser est plutôt : "Est-ce que j'ai une idée objective de l'écart de niveau de connaissance entre ces gens-là et moi ?".

 

Là où il y a quand même un truc à  tirer de ce que vous dites, ce serait dans le cas d'une planète proche d'une naine rouge et dont la rotation se serait synchronisée sur sa révolution. Dans ce cas, et selon la circulation atmosphérique qui pourrait être faible sur l'hémisphère nuit, il est possible que l'énergie soit uniquement rayonnée par l'hémisphère situé côté jour (et qui est toujours de ce côté). Donc l'énergie de l'étoile captée par un disque de rayon R et donc de surface π R2 et rayonné par une demi-sphère, donc par une surface de 2 π R2. au lieu des 4 π R2 habituels.  C'est bien sûr pris en compte pour les calculs de zone habitable en exoplanétologie.

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Bonjour,

 

Hum je sens de l'animosité... Me suis peut-être mal fait comprendre.

 

Il est évident que le calcul aboutissant aux -129°C n'ést pas réaliste. Parce qu'on enlève ici complètement les échanges entre les deux hémisphères. Rôle joué par les océans et l'atmosphère (exemple de Vénus est parfait pour montré comment l'atmosphère dense y arrive très bien).

 

Mais en quoi le calcul prenant la Terre pour un corps noir est plus plausible ? Il lisse les températures comme si on avait l'atmosphère de Vénus et donc à mon sens rajoute un effet réchauffant (car optimise les échanges). Si le but c'est d'isoler l'effet de serre seul c'est raté selon ce raisonnement, mais je peux me tromper ; d'où mon post en fait.

 

La Terre même avec son atmosphère et ses océans (et sa vitesse de rotation "rapide") conserve de beaux écarts de température. Isoler l'effet de serre me paraît plus compliqué que ce simple calcul. Je veux bien croire qu'à haut niveau ils font mieux mais alors pourquoi n'a-t-on pas la bonne valeur. Pourquoi on entend et voit partout ce -18°C ?

 

Amicalement, Vincent

Modifié par Daube-sonne

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Il y a 2 heures, Daube-sonne a dit :

Il est évident que le calcul aboutissant aux -129°C n'ést pas réaliste.

 

Ce n'est pas qu'il n'est pas réaliste : il est complètement faux.

 

Il y a 1 heure, Daube-sonne a dit :

Si le but c'est d'isoler l'effet de serre seul c'est raté selon ce raisonnement, mais je peux me tromper ; d'où mon post en fait.

 

Visitez une des nombreuses grottes que compte notre pays. De l'Aven d'Orgnac au goufrre de Padirac en passant par l'Aven Armand (la plus éblouissante de toutes, si je puis vous donner mon avis), et vous y constaterez qu'il y règne toujours la même température, de jour comme de nuit, été comme hiver, soit 12 ou 13 °C. Allez, à un degré près peut-être dans certaines grottes, mais cela ne va pas au-delà, et cela correspond sans surprise à la température moyenne de la France métropolitaine. Même si ça n'est pas tout-à-fait le cas en surface, il y a homogénéisation de la température dans le sol à faible profondeur (au-delà bien sûr, le flux géothermique intervient). Donc quoiqu'on fasse, le raisonnement reste valide, n'en déplaise aux climato-sceptiques (dont je suis heureux que vous ne fassiez pas partie).

 

Sinon,

 

Il y a 2 heures, Daube-sonne a dit :

l lisse les températures comme si on avait l'atmosphère de Vénus

 

Je crois que votre soucis est à ce niveau là. Vous confondez l'inertie thermique (le fait qu'il faille rayonner/recevoir beaucoup d'énergie pour changer la température d'un degré) et le fait que l'atmosphère renvoie ou non vers le bas une partie de l'énergie reçue (l'effet de serre). L'inertie thermique augmente avec la masse : il faut plus d'énergie pour changer la température d'une masse plus importante. C'est une des raisons qui fait que malgré sa très lente rotation, la température ne baisse pas beaucoup la nuit du Vénus.  Mais ceci est totalement indépendant de l'effet de serre. L'exemple de Vénus était à ce titre peut-être peu heureux. Remplacez-le par les océans terrestres, ce sera peut-être plus clair : leur température ne varie quasiment pas entre le jour et la nuit. (Mais bien sûr, cette inertie n'est pas efficace au point de produire une température constante sur l'année.)

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Il y a 18 heures, dg2 a dit :

Il est du reste amusant que les arguments des climatosceptiques oscillent parfois entre "les climatologues ont fait une erreur de débutant" et "le climat est de toute façon trop difficile à modéliser". Trop difficile pour les climatosceptiques, ça oui. Pour les milliers de gens qui travaillent dessus depuis des décennies, c'est plus difficilement audible. La vraie question qu'une personne sceptique (et de bonne foi) doit se poser est plutôt : "Est-ce que j'ai une idée objective de l'écart de niveau de connaissance entre ces gens-là et moi ?".

 

A la lecture de ce passage, et particulièrement la dernière phrase, je n'ai pas pu m'empêcher de penser à un autre fil, où il est plutôt question de délires cosmologiques.

Autre sujet, même décalage.

 

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Re,

 

Pour la température de 12~13° d'un gouffre ou d'une cave c'est une température d'équilibre entre la chaleur provenant de l’extérieur et celle venant des profondeurs.

 

Cette homogénéité invoquée grâce à l'aide de la géothermie me semble plus un élément de difficulté supplémentaire pour isoler l'effet de serre.

 

Surtout qu'au final en grossissant volontairement le trait, on peut toujours dire que tout est homogène avec 20km de croute terrestre au-dessus, ça ne nous dit pas bien comment ça se passe au-dessus.

 

Pour Vénus on peut aussi imaginer qu'une partie de sa température est imposée par la pression. Pour Jupiter c'est le cas, l'apport du flux solaire est minime.

 

Pour la Terre il pourrait y avoir également un apport dans ce sens. L'effet de serre pourrait être en partie adiabatique.

 

Il y a 3 heures, dg2 a dit :

Donc quoiqu'on fasse, le raisonnement reste valide, n'en déplaise aux climato-sceptiques (dont je suis heureux que vous ne fassiez pas partie).

 

Est-il nécessaire pour débattre scientifiquement (à notre petit niveau) de se coller des étiquettes politiques ? Ou de ranger les gens dans des catégories ?

 

Amicalement,

Vincent

Modifié par Daube-sonne

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Ils ont déterré mon beau post ! :o

 

Si j'étais Clim Scep, je poserais la question suivante : 9_9

 

Comment l'augmentation de la teneur en CO² pourrait-il encore avoir un effet sur la T alors que sur toute la hauteur de l'atmosphère, celle-ci est déjà saturée en CO² ? L’absorption du rayonnement IR par ledit CO² est déjà au maxi ou presque ?*

 

 

 

Pour en revenir au calcul du départ, je réfléchissais hier, après avoir écouté la leçon inaugurale d'Hervé Letreut aux Ponts, je me suis dit que ce calcul simple de température moyenne avec ou sans atmosphère était l'illustration d'un modèle climatique dans sa plus simple expression. (Intéressant... Je me projette au printemps 21 puisque j'ai prévu 2 conf dans mon village : Climat puis Énergie. Heureusement, la commune possède plus de vaches que d'habitants !:))

 

 

*Je n'ai pas trouvé d'explication réellement détaillée sur le fait que même après saturation T continue d'augmenter si l'on ajoute du CO²...

Modifié par Pascal C03

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il y a 50 minutes, Pascal C03 a dit :

Comment l'augmentation de la teneur en CO² pourrait-il encore avoir un effet sur la T alors que sur toute la hauteur de l'atmosphère, celle-ci est déjà saturée en CO² ? L’absorption du rayonnement IR par ledit CO² est déjà au maxi ou presque ?*

L ' atmosphère terrestre ne peut se saturer en CO2 , car si la concentration en CO2 augmente sa pression partielle augmente .

 

( avant l’ère industrielle  la concentration  du CO2 était de l'ordre de 280 ppm et maintenant de l'ordre de 450 ppm et on prévoit plus en 2100 .)

 

Donc son absorption dans l'infra rouge augmente puisqu'il y a plus de molécules de CO2 qui absorbent.

 

ex: Venus la pression en CO2 équivaut à 9E6 Pa et la température de l'ordre de 450 degrés.

 

J’espère t'avoir correctement répondu.

 

Cordialement

 

 

 

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Ce n'est pas tout à fait ce que j'ai trouvé.

image.png.126476b0010ea03825543dfc57da5001.png

 

Cela m'a l'air bien plus sioux comme explication et j'ai un peu de mal à tout appréhender de la fin de la présentation...

 

A partir de 53.50 il dit augmenter l’absorption de l'atmosphère... Mais il a expliqué auparavant que l’absorptivité ne bougeait quasiment plus même avec des concentrations en CO² plus importante :S

Je comprends bien son schéma 55.01 d'une émission à plus haute altitude, à une moindre énergie entrainant un échauffement général... Mais cela me parait contradictoire avec son explication précédente d'une absorptivité de 1 ?

Quant à la fin, c'est survolé :/ 59.47

Altitude de la bande d’absorption...

 

https://www.youtube.com/watch?v=wI6eDF46qTI

 

 

 

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