Siden ikke alle som leser dette er ingeniører eller fysikere tar jeg først med litt generelt om energi og varme. De som kan det fra før kan jo hoppe litt lenger ned.
Energi
Energi, som er det samme som evne til å utføre et arbeid, måles med enheten Joule (Symbol J) I dagliglivet er det en liten enhet. En enhet for energi som alle som har betalt en strømregning har et forhold til er kilowattime (symbol kWh). Én kWh=3 600 000 J. Siden det er plundrete med så mange nuller skriver vi heller at 1kWh=3,6 MJ, det M (mega) står for én million.
Varme og energi
I fysikkens barndom var det et mysterium hva varme var for noe. Man trodde det kanskje var et slags stoff som fløt fra varme til kalde gjenstander. Og man laget en enhet for å måle varme, som fikk navnet kalori, og var den varmemengde som varmet opp ett gram vann én grad Celsius. (Engelskmennene laget sin egen enhet basert på britiske mål for masse og temperatur. Den kalles British Thermal Unit ,BTU).
Etter hvert forsto man imidlertid at varme og energi var ett og det samme, og etter omhyggelige målinger kunne man fastslå at en mekanisk energi på 4,18 J ble omdannet til 1 kalori varme. Og man forsto også at varme rett og slett var økt molekylbevegelse i et stoff, det være seg en gass, væske eller fast stoff. Og denne indre energien er rett og slett proporsjonal med temperaturen, målt i forhold til det absolutte nullpunkt. Ved det absolutte nullpunk opphører all molekylbevegelse, og såkalt absolutt temperatur måles i Kelvin (K). Temperaturen i Kelvin er lik temperaturen i grader Celsius + 273,15. Intervallene i Kelvin-skalaen er lik intervallene i Celsius-skalaen, så når det gjelder temperaturforskjeller spiller det ingen rolle hvilken skala som brukes. Det brukes ikke gradetegn ved temperaturangivelser i Kelvin, bare symbolet K.
Proporsjonalitet mellom indre energi og temperatur
Når et stoff tilføres energi, det være seg energi i form av stråling, mekanisk bevegelse eller kontakt med noe som er varmere enn det selv er, øker bevegelsene av molekylene i stoffet, det man kan kalle indre energi, og dermed temperaturen. Forholdet mellom tilført energi og temperaturøkning er en egenskap ved stoffet, og kalles varmekapasitet. Det uttrykker altså evnen til å lagre energi i form av varme. De stoffene som er av særlig interesse når det gjelder global temperatur er luft og vann.
Varmekapasiteten til atmosfæren
Ved vanlige temperaturer har luft en spesifikk varmekapasitet på 1,005 kJ/kg/K. (1 kJ=1000 J).
Det betyr at en energi på 1 kJ varmer opp 1 kg luft én K, Ved vanlig trykk og temperatur er 1 kg luft litt mindre enn én kubikkmeter. Over hver kvadratmeter av jordoverflaten er det ca 10 tonn = 10 000 kg luft, så varmekapasiteten av luften over én kvadratmeter blir 10 MJ/K, og varmekapasiteten til hele atmosfæren blir 5,09E+15 MJ/K, der E+15 betyr at tallet skal multipliseres med 10 opphøyd i 15.
Varmekapasiteten til havet
Varmekapasiteten til vann er som nevnt innledningsvis 4,18 J/g/K, eller 4,18 kJ/kg/K. Varmekapasiteten til én kubikkmeter vann blir altså 4,18 MJ/K, Det betyr at varmekapasiteten til 2,4 kubikkmeter vann er lik varmekapasiteten til all luft som er over én kvadratmeter, eller at varmekapasiteten til et vannlag med en tykkelse på 2,4 meter som dekket hele kloden har samme varmekapasitet som hele atmosfæren.
Nå er det mer vann på kloden enn dette. I følge US Geological Survey er det 1,33E+18 kubikkmeter vann i havet. Det betyr at den totale varmekapasiteten til verdenshavene er 5,57E+18 MJ/K. Og hvis man dividerer varmekapasiteten av havet med varmekapasiteten til atmosfæren, finner man at havet har en varmekapasitet som er 1090 ganger høyere enn varmekapasiteten til atmosfæren.
Havet stabiliserer temperaturen
Dette betyr at den energitilførsel som ville varmet atmosfæren én K, bare ville varmet havet én tusendels K hvis energien ble fordelt i hele havet. Nå vil ikke energien bli jevnt fordelt i hele havdybden, men det er hele tiden en omrøring som skyldes vind og strøm, og selv om energien bare ble fordelt i de øvre 250 meter av havet, ville vanntemperaturen dere bare øke med én hundredels grad.
Og det er sannsynligvis det som er skjedd i Stillehavet de siste 20 årene. Unormalt kraftige passatvinder har blåst varmt vann fra fra kysten av Amerika vestover, og fått kaldt vann til å komme til overflaten der, mens det varme vannet er ført med vinden til det vestlige Stillehavet, hvor det har sunket til middels dybde og tatt med seg den forsvundne energien.
Men nå ser det ut til at denne kan dukke opp igjen, for nå har passaten avtatt, og det er oppdaget at en stort volum varmere enn normalt vann er på vei mot Sør-Amerika. Foreløpig er det under overflaten, men om noen måneder vil det sannsynligvis komme opp til overflaten, og energien som da blir overført til atmosfæren kan påvirke klimaet over hele kloden når El Niño da kommer tilbake.