Pieneen kokoluokkaan liittyvän meteorologian merkittäviä kehitysaskeleita 1900-luvulla

Tämän tekstin alkuosa kuvaa lyhyesti meteorologiaan liittyvää kehitystä 1960-luvulle asti, loppuosa keskittyy kuvailemaan joitakin tärkeimmistä sovelletun meteorologian tutkimuskohteista 1900-luvun loppupuolella lähinnä Mike Smithin ”Warnings” -kirjan pohjalta.

Skemaattinen kuva syöksyvirtauksesta, kuva: U.S. Federal Aviation Administration, Wikimedia Commons

Useita meteorologian suuria keksintöjä on tehty 1900-luvulla ja sen loppupuolella. Erityisesti toinen maailmansota oli tapahtuma, jolloin myös meteorologia kehittyi tieteenalana hyvin nopeasti. Suurta kehitystä tapahtui mm. tutkatekniikassa ja säähavaintoverkoston kattavuudessa. Ilmakehän luotauksia tehtiin systemaattisesti ilmavoimien ja tykistön tarpeisiin, sekä synoptiikka (löyhästi määriteltynä suursäätilan ennustaminen) kehittyi parempien säähavaintojen myötä. Näistä esimerkkeinä löytyy suuri määrä vieläkin digitoimattomia luotauksia paperimuodossa (esim. Old Weather ja Data Rescue at home). Mikäli näitä luotauksia saataisiin digitoitua, tarjoaisivat ne paljon arvokasta tietoa ilmastotutkimuksen tarpeisiin (esim. uusanalyysi vuodesta 1871 lähtien NOAA:n sivuilla). Pintahavaintoja tehtiin kuitenkin jo 1940-luvulla melko kattavasti, sillä säätiedon sovellukset olivat ilmeisiä. Esimerkiksi, sääennusteilla oli aivan tavattoman suuri merkitys sille, että liittoutuneiden tekemä Normandian maihinnousu 6.6.1944 onnistui (analyysi Euroopan keskipitkien sääennustusten keskuksen sivuilla)

Vaikka analyyttista pohjaa oli jo olemassa aiemmalta ajalta, ensimmäiset ilmakehämalleilla tehdyt numeeriset sääennustukset tehtiin kuitenkin vasta sotien jälkeen 1950-luvulla. Tietotekniikan laskentakapasiteetti oli kuitenkin vielä niin vaatimatonta, että sääennustukset eivät pysyneet reaaliajassa. Toisin sanoen 24 tunnin sääennustuksen laskemiseen meni aikaa 24 tuntia, joka teki ennusteesta hyödyttömän käytännön tarkoituksiin. Lisäksi pian tämän jälkeen ymmärrettiin alkuarvo-ongelma, eli pienenkin virheen kasvaminen nopeasti ilmakehämallissa ennustusjakson pituuden kasvaessa. Tämän vuoksi sääennustusmalleilla ei voida koskaan simuloida säätä tarkasti rajattoman pitkän ajan päähän pelkästään siitä syystä, että ilmakehän tilaa ei voida minään ajanhetkenä tietää aivan tarkalleen.

Sääennusteet ovat nykyihmiselle hyvin arkipäiväisiä asioita, mutta kuinka moni tulee ajatelleeksi niiden tavattoman moninaisia yhteiskunnallisia merkityksiä, puhumattakaan niiden rahallisesta arvosta? Tultaessa 1900-luvun puolivälin tienoilta nykypäivään, sääpalvelun yhteiskunnalliset sovellukset ovat lisääntyneet huimasti. Tämä johtuu useista syistä: tekniikka on kehittynyt, moni toiminta on entistä sääherkempää, mutta toisaalta myös kulttuuri ja toimintatavat ovat muuttuneet. Esimerkkinä tästä Mike Smithin kirjassa kuvaillaan Yhdysvaltojen tornadovaroituksia: Amerikassa kaikki on suurempaa, niin myös tornadot (tai trombit suomalaisittain, kyse on samasta ilmiöstä). Niitä on myös esiintynyt kautta historian, mutta tornadovaroitusjärjestelmä on ollut kuitenkin olemassa vasta muutamia kymmeniä vuosia. Miksi? Tämä liittyy osaltaan toimintakulttuuriin: Vielä 1970-luvulle asti ajateltiin, että on parempi olla kokonaan varoittamatta tornadoista, kuin antaa niistä minkäänlaisia varoituksia. Riski mennä pieleen riippuu voimakkaasti käytettävästä teknologiasta, mutta jos varoituksia ei anneta lainkaan, ovat vahingot tällöin huomattavasti suurempia tornadon sattuessa kohdalle. Valtion sääpalvelussa ajateltiin, että väärien hälytysten aiheuttama paniikki olisi suurempi riski kuin tornadojen tappamat ja vammauttamat ihmiset.

Ensimmäisen onnistuneen uraauurtavan tornadovaroituksen tekivät Yhdysvaltain ilmavoimien Ernest J. Fawbush ja Robert C. Miller 25.3.1948 (linkki artikkeliin). He vaaransivat koko uransa antamalla kaikkia vallitsevia käytäntöjä vastaan sääennusteen, joka sisälsi mahdollisuuden tornadoista. Ennusteen laatijoilla oli paljon myös onnea, sillä ennuste osui aivan nappiin: Viisi päivää aiemmin, 20.3.1948 Tinkerin ilmavoimien tukikohtaan Oklahoman osavaltiossa keskilännessä oli iskeytynyt tornado, joka aiheutti valtavaa aineellista tuhoa. Kuitenkin, 25.3.1948 säätilanne vaikutti täysin samanlaiselta ja samalla alueella oli jälleen huomattavan suuri riski tornadojen synnylle. Tästä johtuen, hetken miettimisen jälkeen, alueelle annettiin tornadovaroitus. Illalla ennusteen antamisen jälkeen alueelle syntyikin tornado, joka kulki lähes samaa reittiä tukikohdan läpi kuin viisi päivää aiemmin ollut edeltäjänsä! Jälleen kerran tukikohdassa aiheutui miljoonien dollareiden vahingot. Mahdollisuus tällaisen tapahtuman syntymiselle on aivan mitättömän pieni, mikä tekee tästä ensimmäisestä (onnistuneesta) tornadovaroituksesta erityisen mielenkiintoisen! Ensimmäiset julkiset tornadovaroitukset annettiin kaupallisen TV-kanavan kautta vuonna 1952, eikä niillä ollut kansallisen sääpalvelun kanssa vielä mitään tekemistä. Kaikki muuttui vuonna 1953, kun kolmen tornadon sarja tappoi Amerikassa yli 300 ihmistä ja haavoitti lähes 3000:a touko-kesäkuussa. Myös kansallinen sääpalvelu alkoi vähitellen muuttaa toimintatapaansa.

Tutkatekniikan kehittyminen oli yhtä lailla hidasta. Nykypäivänä käytetyistä värikoodatuista tutkakuvista (esim. Ilmatieteen laitoksen testbed-sivusto) ei ollut tietoakaan ennen 1970-lukua (linkki). Karttapohjia ei ollut, eikä tutkakuvia voitu myöskään jakaa laajasti yleisölle analogisen teknologian vuoksi. Kirjassa on hauska tarina, miten käytäntö nykypäivänä käytetystä väriskaalasta on syntynyt vuonna 1976, kun TSC-yhtiö kehitti ensimmäisen kaupallisen värikoodatun tutkan: Talvella on usein säätilanteita, jolloin lunta sataa heikosti ja myös tutkakaiut ovat heikkoja -> lumi on kylmää, heikot tutkakaiut ovat sinisiä. Hieman intensiivisempi sade kesäaikaan tekee hyvää kasveille -> tutkakaiut ovat vihreitä. Voimakkaampi sade voi aiheuttaa tulvimista ja vaatii varovaisuutta -> tutkakaiut ovat keltaisia. Erittäin voimakkaat kaiut ovat punaisia tai valkoisia -> ne ovat vaarallisia, rakeet ovat valkoisia. Tällainen käytäntö voi tuntua hyvin ilmeiseltä nykyään, mutta 1970-luvulla se jouduttiin keksimään tyhjästä. Vuoteen 1973 mennessä oli onnistuttu myös kehittämään jonkinlainen versio Doppler-tutkasta. Tällöin sitä pystyttiin käyttämään todellisen, mielenkiintoisen säätilanteen seuraamiseen kun tornadosta saatiin havaintoja. Kuitenkin, laajamittainen käyttöönotto oli hidasta ja vasta 1990-luvulla Amerikkaan saatiin luotua kattava Doppler-tutkaverkosto. Doppler-tutka mittaa tutkakaikujen lisäksi myös tuulen nopeutta ja suuntaa, mikä auttaa meteorologia muodostamaan huomattavasti kattavamman kuvan pieniskaalaisista sääilmiöistä ja niiden rakenteista.

Meteorologia on aina ollut oleellisen tärkeää myös lentoliikenteelle. Eräs suurimmista läpimurroista liittyy syöksyvirtausten tunnistamiseen ja kun ne saatiin mukaan lentoliikenteelle annettaviin varoituksiin. 1977 Ted Fujita julkaisi artikkelin aiemmin tuntemattomasta meteorologisesta ilmiöstä, syöksyvirtauksesta. Kuten usein tieteessä, myös syöksyvirtausten laajamittaiseen tunnustamiseen meni huomattavan kauan aikaa, sillä havaintoja niistä oli hankalaa tehdä niiden pienen mittakaavan vuoksi. Kuitenkin, lentoliikenteessa syöksyvirtauksista aiheutuneita onnettomuuksia oli tapahtunut useita, kuten kuuluisa vuonna 1985 tapahtunut Delta 191:n onnettomuus, jossa kuoli 134 ihmistä (linkki). Tapausta selvitettiin hyvin intensiivisesti sekä oikeudessa että tutkimuslaitoksissa, koska lentokone oli kapteenin johdolla perämiesten varoituksista huolimatta jatkanut laskeutumistaan, vaikka kiitotien yllä oli voimakas ukkospilvi. Ukkospilven läheisyydessä lentokone oli äkillisesti menettänyt nostevoimansa ja osunut maahan (sekä tämän jälkeen yhteen liikkuvaan autoon, mikä vuoksi lentokone pyörähti ympäri ja tuhoutui pahoin) jo paljon ennen kiitotietä. Tarkemmat (mm. Fujitan tutkimusryhmä) tutkimukset osoittivat, että onnettomuus aiheutui ”erittäin voimakkaasta pienen mittakaavan tuuliväänteestä”, joka osoittautui voimakkaan ukkospilven aiheuttamaksi syöksyvirtaukseksi. Fujitan teoria syöksyvirtauksista hyväksyttiin pian tämän jälkeen viimeinkin laajamittaisesti lentoliikenteen viranomaisten ja meteorologien keskuudessa. Tämän jälkeen on tapahtunut vain yksi syöksyvirtauksista aiheutunut merkittävä lento-onnettomuus vuonna 1994 (linkki), joka sekin olisi ollut vältettävissä mikäli lentohenkilökunta olisi noudattanut koulutuksessa annettuja ohjeita.

Tiheän havaintoverkoston rakentaminen, sekä kaukokartoituslaitteiden laajamittainen käyttöönotto, ovat olleet oleellisen tärkeässä osassa näiden ilmiöiden tutkimuksessa. Tieteellisen tutkimuksen ansiosta vaaraa aiheuttavien sääilmiöiden varoitukset ovat parantuneet. Kun tällaisiin sääilmiöihin varaudutaan paremmin, yhteiskunta pystyy säästämään rahaa sekä ihmishenkiä. Nykyään Amerikassa annettavia varoituksia voi seurata esim. Yhdysvaltain kansallisen sääpalvelun tai myrskykeskuksen sivuilta. Varoitusten ja huomautusten kirjo on hyvin laaja (esim. huomautus tiheästä sumusta tai varoitus jäätävistä oloista laivaliikenteelle).

Lähteet:

Fujita, T.T., Byers, H.R., 1977: Spearhead echo and downburst in the crash of an airliner, Monthly weather review, 105, 129-146.

Mike Smithin ”Warnings” -kirja

Miller, C.C., Crisp, C.A., 1999: The first operational tornado forecast twenty million to one, Weather and forecasting, 14, 479-483.

Aristoteles – Meteorologia, kirja 1

Noin vuonna 350 eaa. kuuluisa kreikkalainen filosofi Aristoteles (384-322 eaa.) julkaisi meteorologiasta teoksen nimeltään Meteorologia (latinaksi Meteorologica). Siinä hän kuvaa sen aikaisia käsityksiä ja omia ajatuksiaan meteorologiasta. Ilmatieteen laitoksen Heikki Nevanlinna kertoo Aristoteleen meteorologiasta ja sen merkityksestä vielä nykypäivänäkin:

”Aristoteleen fysikaalisen maailmankuvan mukaan kaikki ilmiöt, jotka tapahtuivat kuunalisessa (sublunaarisessa) maailmassa kuuluivat meteorologiaan piiriin. Sana (meteoron) itsessään tulee käsitteistä ylhäällä, korkealla leijuva tai liikkuva kohde. Siihen kuuluivat siten tavanomaisten sääilmiöiden ohella tähdenlennot, komeetat, revontulet, linnunrata jne. Aristoteliset käsitteet olivat vallalla pitkälle 1800-luvulle saakka ja tietyissä terminologisissa sanastoissa ne vaikuttavat tänäänkin (esim, erilaiset ”sfäärit”; troposfääri, stratosfääri, litosfääri jne). Sfäärit perustuivat siihen käsitykseen, että maailmankaikkeus Maasta ylöspäin on rakentunut kerroksittain.

Meteorologiassa on ollut käytössä myös termi ”meteori”, joka tarkoittaa esim. ilmassa olevia veden eri olomuotoja (hydrometeorit), joita näkee vähän vanhemmassa alan kirjallisuudessa. Meteoriitti ja meteorit tähtitieteellisinä kohteina ovat samaa perua. A:n mukaan revontulet voivat syntyä myös tähdenlentojen sytyttämänä, mutta tavallisesti kuuman ilman kohotessa ylös ja syttyessä siellä palamaan. Vielä 1800-luvun meteorogisissa havainnoissa revontulien yhteydessä havaitut tähdenlennot merkittiin muistiin aristoteliaanisessa hengessä. Näin esimerkiksi meillä Ilmatieteen laitoksen havainto-ohjelmassa oli alun alkaen 1800-luvulla revontulet omana havainto- ja tutkimuskohteenaan samaan tapaan kuin muissakin vastaavissa laitoksissa maailmalla. Tänä päivänä IL:ssa revontulitutkimus on laajentunut käsittämään avaruustutkimuksen ja siihen liittyvän meteorogiaa tukevan kaukokartoituksen. Mukana on myös Maan magneettikentän havainnot ja tutkimus asiakokonaisuuteen kuuluvana elementtinä osana avaruussään ja -ilmaston tutkimuksessa.

Myös ilmastotiede, klimatologia, tulee kreikankielisestä sanasta – klima, joka tarkoittaa vyöhykettä. Silloin (jo) ajateltiin, että maapallon (tai ainakin Välimeren piirissä) ilmasto vaihtelee vyöhykkeittäin etelästä pohjoiseen. Hän jakoi maapallon kolmeen vyöhykkeeseen (klima) ekvaattorin suhteen: kuiva (ekvaattorin molemmin puolin), viileä ja kylmä. Näistä viimeisin alkaa napapiiriltä, jonka sisäpuolella vallitsisi ikuinen kylmyys ja jää. Klimatologian klassikko on Wladimir Köppen (1846-1940), jonka ilmastojako on (monin tarkennuksin) edelleen käytössä ja vieläkin puhutaan Köppenin ilmastoluokista. Sekin siis pohjautuu A:n oppeihin.”

Aristoteleen teos koostuu neljästä kirjasta. Tässä tarkastellaan, mitä kirjassa 1 kerrotaan.

Aristoteles kuvaa meteorologian käsittelevän luonnollisia tapahtumia, jotka esiintyvät tähtien liikettä lähinnä olevalla alueella. Tällaisia tapahtumia ovat Linnunrata, komeetat ja meteorien liike. Meteorologian piiriin kuuluvat lisäksi ilmaan ja veteen liittyvät vuorovaikutukset sekä maapallon osien väliset vuorovaikutukset. Näiden avulla voidaan selittää muun muassa tuulet ja maanjäristykset ja niiden seuraukset. Tästä kuvauksesta näemme, että tuohon aikaan meteorologiaan kuului paljon sellaisia asioita, joita nykyään käsitellään tähtitieteessä.

Perustana on sen aikainen käsitys kappaleiden liikkeistä sekä neljästä peruselementistä: tuli, ilma, vesi ja maa. Näistä tuli sijaitsee korkeimmalla ja maa matalimmalla. Niiden välissä on ilma ja vesi. Ilma on lähinnä tulta ja vesi maata. Koko maailma muodostuu näistä neljästä elementistä. Elementteihin liittyy myös sellaiset perussäännöt, että kaikki elementit syntyvät toisistaan ja kaikkiin elementteihin sisältyy toisia elementtejä.

Aristoteles aloittaa pohtimalla elementtien jakaumaa. Mikä on ilman paikka muihin elementteihin nähden? Mitä on maan ja lähimpien tähtien välissä? Onko se katsottava yhdeksi kappaleeksi vai moneksi? Aristoteles kertoo, että tuli on vallitseva elementti ylhäällä olevassa liikkuvassa maailmassa, jonka siis nykyään tiedämme olevan avaruuden tyhjiö ja siellä olevat tähdet. Ylhäällä olevaa liikkuvaa kappaletta (maan pyörimisliike saa ympäröivän avaruuden näyttämään olevan pyörimisliikkeessä) oli tuolloin myös jotkut kutsuneet eetteriksi, koska sen katsottiin olevan niin poikkeava maan neljästä elementistä, mutta Aristoteles ja myös Anaxagoras olivat sitä mieltä, että eetteriksi kutsuttu oli itse asiassa tulta.

Aristoteles päättelee, että jos maan ja tähtien välissä olisi pelkkää tulta, kaikki kappaleet olisivat hävinneet kauan sitten. Hän on myös sitä mieltä, että maan ja tähtien välinen alue ei voi olla kokonaan ilmaa, koska ilmaa olisi silloin liikaa. Hän nimittäin uskoo, että koska elementit syntyvät toisistaan, niitä kaikkia pitää olla saman verran. Niinpä maan ja tähtien välissä ei voi olla pelkkää tulta tai ilmaa.

Aristoteles lähtee hakemaan ongelman ratkaisua pilvistä. Hän pohtii miksi pilviä ei muodostu enemmän korkealla. Siellä olisi nimittäin kylmää, eikä tähtien lämpö tai maasta heijastuva lämpö haittaisi pilvien muodostumista. Pilvet nimittäin muodostuvat siihen kohtaan, jossa maasta heijastuvat säteet hajoavat avaruuden äärettömyyksiin. Aristoteles päättelee, että maata ympäröivä alue ei ole pelkkää ilmaa, vaan siinä on oltava seassa vettä höyryn muodossa.

Maan yläpuolinen osa kuuhun asti näyttäisi siis koostuvan ilmasta ja tulesta, jotka ovat tällä alueella enemmän tai vähemmän sekoittuneena (etenkin ilman rajalla). Mutta entä kaksi muuta peruselementtiä – maa ja vesi? Aristoteles järkeilee, että taivaankannen pyörivä liike synnyttää lämpöä siihen maailman osaan joka on taivaankantta lähinnä. Maa ja vesi ovat raskaimmat ja kylmimmät peruselementit, joten niiden on sijaittava keskellä. Niiden ympärilla ovat ilma ja tuli. Lähinnä maata olevassa ilmassa on vesihöyryä, joten se on lämmintä ja kosteaa. Ylempänä on kuivaa ja lämmintä. Pilvet eivät muodostu ylempänä, koska ylempänä oleva maailman osa ei ole pelkkää ilmaa, vaan pikemminkin tulta. Näin on selvitetty peruselementtien karkea jakauma maailmassa.

Aristoteles kuvaa myös lyhyesti, miten elementtien vaihto tapahtuu ilmakehän ja tulikehän välillä. Kyse on siis dynaamisesta järjestelmästä.

Seuraavaksi Aristoteles pohtii Auringon lämmitysvaikutusta. Ratkaisu tähän löytyy Auringon liikkeestä. Tiedetään, että liikkeessä olevat kappaleet lämpenevät. Aristoteles päättelee, että maapallon lämmittamiseksi tarvitaan hyvin nopea liike ja sen on lisäksi tapahduttava lähellä maapalloa. Tähtien liike on nopeaa, mutta ne ovat liian kaukana. Kuu taas on lähellä maapalloa, mutta sen liike on hidasta. Sen sijaan Auringon liikeessä sekä nopeus että läheisyys ovat juuri sopivat, jotta se voi lämmittää maapalloa. Suurin lämpö on Auringon suunnassa, koska maapallollakin ilma lämpenee eniten juuri nopeassa liikkeessä olevan kappaleen lähellä.

Maapallon lämmetessä alkaa tapahtua haihtumista. Vastoin joidenkin käsitystä haihtumista on kahta lajia: toinen on höyrymäistä ja toinen tuulimaista ulospuhallusta. Maan kosteudesta haihdunta tapahtuu höyrynä ja maasta itsestään haihdunta tapahtuu kuivana, ikäänkuin savuna. Savumainen haihdunta nousee lämpimämpänä ylemmäs kuin kostea höyry, joka raskaana laskeutuu alemmas. Tämän takia taivaankantta lähin kerros on kuiva ja lämmin, mistä käytämme nimitystä tuli. Tämän alla on sitten ilma.

Tulikehä on hyvin herkkä häiriöille. Kun tähdenlento tai vastaava saapuu tulikehään, kyseinen tulikehän alue syttyy palamaan. Tämä näkyy sitten erilaisina valoilmiöinä taivaalla. Aristoteles pohtii tähdenlentoihin, revontuliin, Linnunrataan ja komeettoihin liittyviä asioita, jotka sivuutetaan tässä ilmastotieteeseen kuulumattomina. Nämä kuitenkin sisältävät myös kiinnostavia pohdintoja, joten kiinnostuneiden kannattaa tutustua niihin.

Aristoteles kuvaa kuinka Auringon lämmittävät säteet haihduttavat veden maan ympäriltä ja haihtunut vesi sitten nousee ylöspäin. Kun veden haihduttanut lämpö kaikkoaa korkeammalla, kylmässä ilmakehässä, tapahtuu tiivistyminen ja höyry muuttuu taas ilmasta vedeksi. Näin syntynyt vesi putoaa taas maan päälle. Vesi siis haihtuu höyryksi ja höyry tiivistyy vedeksi muodostaen pilven. Utu on hänen mukaansa se, mitä jää jäljelle, kun pilvi tiivistyy vedeksi. Utu on siis ennemminkin hyvän kuin huonon sään merkki. Aristoteles kuvaa tätä kaikkea toistuvana prosessina, joka seuraa Auringon reittiä taivaalla. Kun Aurinko on lähellä, vesi virtaa ylöspäin höyryn muodossa ja kun Aurinko on kaukana vesi virtaa alaspäin takaisin maan pinnalle.

Osa päivän aikana ylöspäin nousevasta höyrystä ei nouse kovin korkealle, koska siinä olevan nostavan tulen määrä on pieni suhteessa nostettavan veden määrään. Tämän osan höyrystä jäähtyessä ja laskeutuessa yön aikana muodostuu kastetta tai talvella huurretta. Kastetta ja huurretta esiintyy Aristoteleen mukaan vain kirkkaalla ja tuulettomalla säällä, koska vesihöyryä ei synny, jos ilma ei ole kirkas, ja tuulen puhaltaessa se ei voi kondensoitua. Aristoteles lisää myös, että huurteen esiintymättömyys vuorilla todistaa, että ilmiö johtuu siitä, että höyry ei nouse korkealle.

Rakeiden suhteen näyttäisi olevan ongelma – ne esiintyvät Aristoteleen mukaan lämpimämmillä alueilla, eikä vesi ole voinut olla valmiiksi jäätyneenä, kun se on muuttunut vedeksi. Lisäksi vesi ei hänen mukaansa voi oleilla ilmassa kovin kauan. Rakeet eivät myöskään ole voineet muotoutua ilmaan lentäneistä pienemmistä hiukkasista kuten vesipisarat kosteudesta.

Aristoteles kuvailee kuinka joidenkin mielestä rakeet muodostuvat pilvien työntyessä korkealle ilmakehään, missä maan heijastamien auringonsäteiden lämmittävä vaikutus loppuu, jolloin pilven mukana kulkeutuva vesi jäätyy siellä. Tämä selittäisi miksi rakeet ovat yleisempiä lämpimillä alueilla, koska siellä lämpimämpi ilma työntää pilvet korkeammalle. Aristoteles tyrmää tämän teorian huomauttamalla, että rakeita ei esiinny hyvin korkeilla alueilla, vaikka kyseisen teorian mukaan niiden pitäisi esiintyä myös siellä. Aristoteles mainitsee myös rakeiden olevan joskus kulmikkaita. Tämä osoittaa, etteivät ne ole voineet pudota kovin pitkää matkaa, koska muuten ne olisivat kuluneet pyöreiksi.

Aristoteles selittää ongelman lämpimän ja kylmän välisellä rekyylillä. Lämpimällä säällä maaperän alemmat osat ovat pintaa kylmempiä ja kylmällä säällä ne ovat pintaa lämpimämpiä. Aristoteles esittää ajatuksen, että sama voisi tapahtua myös ilmakehässä. Lämpimällä säällä lämmin ilma keskittäisi kylmän ilmakehän alaosiin, jolloin sinne menevä pilvi muuttuisi vedeksi hyvin nopeasti. Tämä selittäisi Aristoteleen mukaan sen, miksi lämpimällä säällä sadepisarat ovat usein hyvin suuria. Kyn kylmän keskittyminen on erityisen voimakasta pilvi jäätyy ja tuloksena ovat rakeet. Mitä lähempänä maata tämä prosessi tapahtuu, sitä suurempia ovat rakeet. Aristoteles myös mainitsee, että kesällä rakeita tulee vähemmän kuin keväällä ja syksyllä (tämä kuvailee siis tilannetta Kreikassa yli 2000 vuotta sitten), mikä johtuu ilman kuivuudesta kesällä.

Tuulesta Aristoteles toteaa, että sen sanotaan olevan ilman liikettä. Hän kuvailee, kuinka jotkut väittävät kaikkien tuulien olevan yksi ja sama tuuli. Hän ei ole samaa mieltä, koska joetkaan eivät virtaa samasta lähteestä. Tästä hän siirtyy käsittelemään jokien alkuperää. Hän kuvailee jokiin liittyviä perusasioita, kuten esimerkiksi sitä, että jokien virtaama on pienempi siellä, missä vesivarastot ovat pienemmät. Hän myös selittää jokien syntyvän vuorilla pienistä vesilähteistä yhdistymällä, eikä maanalaisista järvistä, kuten jotkut väittävät.

Aristoteles kuvailee, kuinka maat ja meret muuttuvat ajan myötä. Se paikka, missä joskus on meri, saattaa myöhemmin olla maata ja toisinpäin. Hän kuitenkin sanoo näiden muutosten olevan syklisiä ja kertoo sen johtuvan maan ytimen kasvamisesta ja kutistumisesta. Tämä taas johtuu Auringon aiheuttamasta lämmöstä. Nämä muutokset ovat kuitenkin niin hitaita verrattuna ihmisten elinikään, ettei niitä voi havaita. Aristoteles kertoo esimerkkejä eri paikoissa tapahtuneista muutoksista ja siitä, kuinka joidenkin mielestä kyseessä on universaali muutos, koska niin monessa paikassa on tapahtunut kuivumista. Aristoteles kuitenkin sanoo, ettei kyseessä ole universaali muutos, sillä toisissa paikoissa on tapahtunut päinvastainen muutos. Hän sanoo näiden muutoksien olevan kuten vuodenaikojen, mutta joiden sykli on vain pidempi. Niinpä Aristoteles kuvailee maailmaa, joka on jatkuvassa muutoksen tilassa, mutta pitkällä aikavälillä vakaa.

Lähde:
Meteorology by Aristotle, Book I (englanninkielinen versio)

Lisätietoa:
Kaikki teoksen neljä kirjaa

Kuka keksi lämpömittarin?

Monille meille eräs rakkaimmista ja eniten käytetyistä mittalaitteista on lämpömittari. Sen näyttämästä keskustelemme ystäviemme kanssa kahvipöydässä ja kylänraitilla. Sen avulla tarkistamme, voimmeko jäädä kotiin laiskottelemaan raskaan työ- tai koulupäivän sijasta. Siitä katsomalla tiedämme, mitä meidän on puettava päällemme. Kuka näin tärkeän vehkeen keksi?

Taas on töihin mentävä. Kuva Ari Jokimäki.

Muinaisen Kreikan filosofien töistä löytyy jo mainintoja jonkinlaisista lämpötilaa osoittavista laitteista. Philo (20 eKr. – 50 jKr.) tiettävästi teki laitteen, joka perustui ilman laajenemiseen ja kutistumiseen lämpötilan mukaan. Hän laittoi toisesta päästä suljetun putken avoimen pään vesiruukkuun. Kun Aurinko lämmitti putkea, ilman laajeneminen aiheutti paineen nousun putkessa ja tämä paineen nousu sitten aiheutti putken ilman työntymisen veteen, jolloin se näkyi ruukussa ilmakuplina. Kun laite laitettiin varjoon, putki jäähtyi ja siinä oleva ilma kutistui, jolloin vesi pääsi taas nousemaan putkeen. Myös Heron (n. 10-70 jKr.) oli ainakin suunnitellut lämmönmittauslaitetta.

Tämän jälkeen Avicenna (n. 980-1037) kehitteli samaan periaatteeseen perustuvan yksinkertaisen lämmönmittauslaitteen. Samantapaisia laitteita, suunnittelivat ja rakensivat myöhemmin myös Cornelius Drebbel (1572-1633) ja Galileo Galilei (1564-1642). Bethune (1832) kuvasi Galileon laitetta näin:

Vuonna 1638 Castelli kirjoitti Cesarmille, että ”hän muisti Galileon hänelle 35 vuotta sitten näyttämän kokeen, jossa hän otti pienen lasipullon, noin kananmunan kokoisen, jonka kaula oli 22 tuumaa pitkä ja ohut kuin olki. Hän oli lämmittänyt pullon hyvin käsissään ja laittoi sitten pullon suun astiaan, jossa oli hiukan vettä. Sitten hän irroitti kätensä pullosta ja vesi nousi pullon kaulaan yli yksitoista tuumaa korkeammalle kuin astian veden taso. Galileo käytti tätä periaatetta rakentaessaan laitetta lämmön ja kylmyyden mittaamiseen.”

Näitä varhaisia laitteita kutsutaan termoskoopeiksi. Termoskooppi on laite, joka mittaa pelkästään lämpötilan muutoksia, ei varsinaisesti lämpötilaa. Ensimmäisen yksityiskohtaisen kaavion ”termoskoopista” esitti Giuseppe Biancini (1566-1624) vuonna 1617.

Seuraava kehitysaskel oli lämpötila-asteikon lisääminen. Tässä vaiheessa siirrytään termoskoopista lämpömittariin. Ensimmäisen asteikolla varustetun termoskoopin, eli lämpömittarin, suunnitteli Robert Fludd (1574-1637). Hän ei kuitenkaan itse rakentanut suunnittelemaansa laitetta. Ensimmäisen lämpömittarin rakensi todennäköisesti Francesco Sagredo (1571–1620). Vuonna 1613 hän kirjoitti Galileolle näin:

Olen kehitellyt keksimääsi lämmön mittauslaitetta erilaisiin sopiviin ja täydellisiin muotoihin niin, että kahden huoneen välinen lämpötilaero nähdään jopa 100 asteeseen saakka.

Sagredon työ näyttää edeltäneen myös joskus ensimmäiseksi lämpömittarin rakentajaksi kutsutun Santorius Santoriuksen (1561-1636) työtä. Santoriuksen laite mittasi potilaan uloshengitysilman lämpötilaa, mutta oli erittäin hidas menetelmä. Tähän mennessä kaikki mittalaitteet olivat kuitenkin hiukan viallisia, koska ne eivät mitanneet pelkästään lämpötilaa, vaan myös ilmanpainetta.

Ensimmäisen lämpömittarin, joka aidosti mittasi vain lämpötilaa, rakensi vuoden 1654 tienoilla Ferdinando de Medici (1610-1670). Hänen rakentamansa laite oli alkoholilla täytetty tiivis putki, joka oli monella tapaa samanlainen kuin nykyaikaiset lämpömittarit. Elohopeaa käytti ensimmäisenä lämpömittarissaan vuonna 1714 Daniel Fahrenheit (1686-1736), joka tunnetaan myös lämpötila-asteikon kehittäjänä.

Huomaamme siis, että lämpömittari on todellakin niin mielenkiintoinen vehje, että sillä on jopa monta keksijää. Melkein kaikkia yllämainittuja henkilöitä on joissain yhteyksissä esitetty lämpömittarin keksijäksi. Lisätään vielä, että ensimmäisen kerran laitettaan sanalla ”thermometer” (= termometri eli lämpömittari) kuvasi vuonna 1624 Jean Leurechon (n. 1591-1670).

Linkkejä

Firenzen Luonnonhistoriallisen museon selostus Galileo Galilein termoskoopin toiminnasta (toinen selostus samasta paikasta)

Lähteet

Mary Bellis, ”The History Behind the Thermometer”, [koko artikkeli]

John Elliot Drinkwater Bethune, 1832, ”Life of Galileo Galilei”, (s. 41-42), [koko kirja]

J.M.S. Pearce, 2002, ”A brief history of the clinical thermometer”, Q J Med 2002; 95: 251-252, [koko artikkeli]

TM Electronics, ”The History of Thermometers”, [koko artikkeli]

Kun hiilidioksidin lisäys ei vaikuttanut ilmastoon

Vuonna 1861 John Tyndall julkaisi tuloksensa laboratoriokokeista, joissa hän osoitti tiettyjen kaasujen pysäyttävän lämpösäteilyä. Hiilidioksidi oli yksi näistä kaasuista. Tämän perusteella Tyndall päätteli, että muutos kasvihuonekaasujen määrässä aiheuttaisi välttämättä ilmastonmuutoksen (Tyndall, 1861). Svante Arrhenius julkaisi vuonna 1896 teoriansa kasvihuonekaasujen vaikutuksesta maapallon ilmastoon. Hänen laskujensa perusteella näytti siltä, että hiilidioksidin lisäys vaikuttaa voimakkaasti maapallon lämpötilaan (Arrhenius, 1896).

Alkaen vasemmalta: John Tyndall (1820-1893), Svante Arrhenius (1859-1927), Knut Ångström (1857-1910) ja Charles Greeley Abbot (1872-1973). Vaikka nämä herrat päätyivätkin eri kannalle hiilidioksidin toiminnasta ilmakehässä, he olivat silti kaikki mainioita tiedemiehiä.

Vuonna 1900 kuitenkin Knut Ångström julkaisi laboratoriokokeiden tuloksia (Ångström, 1900), joiden perusteella näytti siltä, ettei hiilidioksidi olisikaan kovin merkityksellinen kasvihuonekaasu. Ensinnäkin näytti siltä, että hiilidioksidin lisäys ei vaikuttanut juurikaan kaasun läpi menevän lämpösäteilyn määrään ja toiseksi hiilidioksidin absorptioalue näytti olevan päällekkäin vesihöyryn absorptioalueen kanssa. Tämä kaikki ei kuitenkaan ollut uutta tietoa, vaan esimerkiksi Rubens & Aschkinass (1898) olivat jo havainneet vesihöyryn ja hiilidioksidin päällekkäisyyden spektrissä ja he myös päättelivät ilmakehän olevan täysin läpinäkymätön aallonpituusalueella, joka käsitti myös hiilidioksidin. Ångströmin tutkimuksen jälkeen kuitenkin ajateltiin, että vesihöyryä on ilmakehässä paljon enemmän ja se on siten paljon merkittävämpi kasvihuonekaasu, joten näytti siltä, että vesihöyryn vaikutus peitti alleen mahdolliset hiilidioksidipitoisuuden muutoksista aiheutuneet vaikutukset, eikä lisähiilidioksidi siten aiheuttaisi lisää lämpenemistä. Tästä tulikin sitten yleinen käsitys kymmeniksi vuosiksi. Esimerkiksi Charles Greeley Abbot totesi (Abbot, 1920):

Kaksi muuta absorboijaa ovat kumpikin rajoittuneet omille verraten kapeille absorptioalueilleen spektrissä, mutta otsonin kaista noin 10 mikronin paikkeilla on alueella, jossa vesihöyry ei oikeastaan absorboi ollenkaan, kun taas hiilidioksidin absorptioalue noin 14 mikronin kohdalla on alueella, jossa myös vesihöyry absorboi voimakkaasti. Hiilidioksidin osuus ilmakehässä on käytännössä vakio, kun taas vesihöyry ja otsoni vaihtelevat. Niinpä, vaikka vesihöyry on varmasti kaikkein tärkein näistä kolmesta, otsoni luultavasti vähäisestä määrästään huolimatta, ja vaikka ei varmasti ole voimakkaampi absorboija kuin hiilidioksidi, ansaitsee tulla mainituksi toiseksi tärkeimpänä tämän kummallisen asiavyyhden selvityksessä.

Otsoni näytti siis tuossa vaiheessa tärkeämmältä kuin hiilidioksidi. Abbot myös mainitsi, että otsonin kehitystä ilmakehässä kannattaisi pitää silmällä. Tässä yhteydessä on huomattava, että tuossa vaiheessa ei ollut vielä tarpeeksi hyviä mittauksia ilmakehän hiilidioksidipitoisuudesta, minkä takia pitoisuus näytti vakiolta, vaikka se tuossa vaiheessa oli jo hienoisessa nousussa (tämä on havaittu jälkeenpäin jäätiköiden jääkairanäytteissä olevista ilmakuplista, jotka tallentavat menneiden aikojen ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuudet). Simpson (1929) myös käsitteli asiaa ja luetteli kolme syytä, miksi hiilidioksidin lisäys ei ole merkityksellinen asia ilmakehässä. Hänen mukaansa hiilidioksidin absorptiokaista oli liian kapea, jotta sillä voisi olla suurta merkitystä. Toinen syy oli aiemmin mainittu hiilidioksidin ja vesihöyryn absorptiokaistojen päällekkäisyys ja kolmantena syynä hän mainitsi, sen että nykyinen ilmakehän hiilidioksidimäärä absorboi jo täyden määrän absorptiokaistasta, eikä hiilidioksidin lisäys sitä enää muuttaisi merkittävästi. Tässä yhteydessä puhutaan absorbtiokaistan kyllästymisestä.

Oli siis yleinen käsitys, että hiilidioksidin lisäys ei vaikuttaisi merkittävästi maapallolta poistuvaan lämpösäteilyyn, eikä se niin ollen myöskään vaikuttaisi maapallon lämpötilaan. Oli kuitenkin joitakin soraääniä, joiden mielestä hiilidioksidi vaikutti lämpötilaan. Hulburt (1931) suoritti asiaan liittyvää laskentaa Arrheniuksen tapaan ja antoi tukensa Tyndallille ja Arrheniukselle:

Lasku osoittaa, että hiilidioksidin määrän kaksin- tai kolmikertaistuminen ilmakehässä nostaa keskimääräistä merenpinnan tason lämpötilaa noin 4° ja 7°K [suom. huom. astemerkkejä ei yleensä käytetä Kelvin-asteikossa]. Hiilidioksidin puolittaminen tai pudottaminen nollaan laskee lämpötilaa samanlaisella määrällä. Sellaiset lämpötilan muutokset ovat suurinpiirtein samoja kuin ne, jotka tapahtuvat maapallon siirtyessä jääkaudesta lämpimään kauteen tai toisinpäin. Niinpä tämä lasku osoittaa, että jääkausien hiilidioksiditeoria, jota alunperin ehdotti Tyndall, on mahdollinen teoria.

Hulburtin työ jäi kuitenkin vaille huomiota. Myös Callendar (1938) päätyi johtopäätökseen, että hiilidioksidilla on lämmittävä vaikutus. Callendar havaitsi, että maapallon lämpötila oli kasvamassa, joten hän teki yhteenvedon vanhoista ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden mittauksista ja sai tulokseksi, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli kasvussa. Hän myös esitti laskennan, jonka perusteella hiilidioksidilla olisi voimakkaasti lämmittävä vaikutus. Callendarin tuloksia ei kuitenkaan hyväksytty tieteellisissä piireissä. Hiilidioksidipitoisuuden nousua epäiltiin, koska sen mittaukset olivat niin epätarkkoja. Callendarin laskennassa oli myös puutteita, jotka myötävaikuttivat hänen tuloksiensa yleiseen hylkäämiseen. Hänen työnsä herätti kuitenkin tarpeeksi mielenkiintoa, jotta asiaa alettaisiin jälleen tutkimaan tarmokkaammin.

Laboratorioissa myös jatkettiin puurtamista kaasujen absorptio-ominaisuuksien kimpussa. Martin & Barker (1932) osoittivat, että hiilidioksidin absorptiokaistat itse asiassa koostuvat monista eri absorptioviivoista, jotka aiheutuivat hiilidioksidimolekyylin eri värähtelytiloista. Tämä tarkoitti sitä, että hiilidioksidin absorptiokaista ei ollutkaan täysin kyllästynyt, vaan yksittäisten viivojen välissä oli tilaa lisäabsorptiolle.

Strong & Plass (1950) tutkivat paineen vaikutusta ilmakehän kaasujen lämpösäteilyn absorptio-ominaisuuksiin. He havaitsivat, että ominaisuudet muuttuvat korkeuden mukaan. He osoittivat, että ylempänä ilmakehässä lämpösäteilyn absorptiota tapahtuu vähemmän kuin ilmakehän alaosissa. Niinpä ilmakehän alaosien säteilemää lämpösäteilyä pääsee karkaamaan ilmakehästä. Syy tähän on se, että absorptioalueet ovat leveämpiä alailmakehässä kuin yläilmakehässä, jolloin alailmakehän lähettämä lämpösäteily absorptioalueen reunoilla pääsee esteettä avaruuteen, koska ylemmän ilmakehän kapeampi absorptioalue ei ulotu alailmakehän absorptioalueen reunalle. Se on kuin yrittäisi tukkia kahden senttimetrin reiän vesitynnyrissä yhden senttimetrin paksuisella tapilla. Tämä on tärkeä havainto tässä keskusteltavan ongelman kannalta. Vaikka hiilidioksidin absorptioalue olisikin kokonaan kyllästynyt ilmakehän alaosissa, se ei ole kyllästynyt ylempänä ja hiilidioksidin lisäys aiheuttaa lisää lämpösäteilyn absorptiota. Strong & Plass eivät kuitenkaan itse ottaneet paljon kantaa juuri tähän asiaan, vaan keskittyivät enemmänkin analysoimaan stratosfääriin liittyviä asioita. Silti he mainitsivat:

Yhtälön (18) mukaan hiilidioksidin ilmakehästä pidättämän säteilyn määrä kasvaa hiilidioksidipitoisuuden neliöjuurena. Koska ilmakehän lämpötila on alempi kuin maapallon pinnan, pinnan lämpötila nousee kun hiilidioksidipitoisuus kasvaa.

Gilbert Plass oli sitten se henkilö, joka lopullisesti ratkaisi ongelman. Vuonna 1956 hän julkaisi tutkimuksensa tulokset (Plass, 1956), jossa hän oli käyttänyt viimeisimpiä laboratoriomittauksia kasvihuonekaasujen absorptio-ominaisuuksista ja laskennallisella mallilla määritellyt säteilyn kulun ilmakehässä (75 kilometrin korkeuteen saakka) hiilidioksidin tärkeimmällä absorptiokaistalla. Hänen mallinsa huomioi muun muassa absorptioviivojen paine- ja Doppler-levenemiset ja spektriviivojen päällekkäisyydet. Hänen tuloksiensa mukaan hiilidioksidipitoisuuden kaksinkertaistuminen aiheuttaisi 3,6°C lämpenemistä maapallon pinnalle. Tämän tuloksen lisäksi Plass myös antoi vastaukset kaikkiin argumentteihin, joiden takia hiilidioksidin ei pitänyt aiheuttaa maapallon pinnan lämpenemistä. Plass (1956b) kirjoitti aiheesta yleistajuisen artikkelin, joka sattuu olemaan nykyään vapaasti kaikkien luettavissa. Tässä artikkelissa on vastaukset edellä mainittuihin argumentteihin. Ensin vesihöyryn ja hiilidioksidin päällekkäisyys:

Se tosiasia, että vesihöyry absorboi jossain määrin samalla spektrin alueella kuin hiilidioksidi, on tavallisesti perustana hiilidioksiditeorian vastustukselle. Tässä argumentissa vesihöyryn absorptio on niin voimakasta, ettei uloslähtevässä säteilyssä tapahtuisi käytännössä muutosta vaikka hiilidioksidipitoisuus muuttuisi. Tämä johtopäätös perustuu kuitenkin varhaisiin, hyvin likimääräisiin tarkasteluihin tästä monimutkaisesta ongelmasta, joka on ilmakehän infrapunavuon laskeminen. Uudemmat ja tarkemmat laskut, jotka ottavat huomioon näiden kahden kaasun spektrin yksityiskohtaisen rakenteen, osoittavat niiden vaikutuksen infrapuna-absorptioon olevan verrattain riippumattomia toisistaan. Tälle tulokselle on kaksi olennaista syytä: (1) hiilidioksidin ja vesihöyryn spektriviivojen taajuudet eivät korreloi keskenään, joten viivat eivät yleensä ole päällekkäin johtuen viivojen lähes samasta paikasta spektrissä [suom. huom. Plass sanoo asian tässä hiukan epäselkeästi – hän tarkoittaa, että suurin osa hiilidioksidin ja vesihöyryn spektriviivoista eivät ole päällekkäin]; (2) vesihöyrypitoisuuden osuus ilmakehässä vähenee nopeasti korkeuden myötä, kun taas hiilidioksidi on melkein tasaisesti jakautunut. Tästä viimeisestä tosiasiasta johtuen, vaikka vesihöyryn absorptio olisikin hiilidioksidin absorptiota voimakkaampaa tietyllä spektrialueella maapallon pinnan tasolla, niin vain lyhyen matkan päässä pinnan yläpuolella hiilidioksidin absorptio olisi huomattavasti voimakkaampaa kuin vesihöyryn absorptio.

Sitten hiilidioksidin absorptiokaistan kyllästyminen:

Vielä yksi vastaväite on annettu hiilidioksiditeorialle: ilmakehä on täysin läpinäkymätön hiilidioksidikaistan keskellä ja siten hiilidioksidin määrän vaihtelu ei aiheuta muutoksia absorptioon. Tämä on aivan totta noin yhden mikronin leveydeltä hiilidioksidikaistan keskustan kummallakin puolella. Argumentti kuitenkin jättää huomiotta ne sadat hiilidioksidin absorptioviivat, jotka ovat tämän täydellisen absorption alueen ulkopuolella. Hiilidioksidin määrän vaihtelu vaikuttaa eniten spektrikaistoilla, jotka ovat vain osittain läpinäkymättömiä; maapallon pinnan lämpötilan vaihtelu on määritelty absorption muutoksilla, jotka tapahtuvat sellaisilla kaistoilla.

Siispä hiilidioksidin muutos vaikuttaa lämpötilaan, koska tarkemmin katsottuna hiilidioksidin lämpösäteilyn absorptio ei olekaan päällekkäin vesihöyryn absorption kanssa ja vesihöyry absorboi voimakkaammin ainoastaan ilmakehän alaosissa, sekä hiilidioksidin absortioalueiden tietyn alueen kyllästyminen on jo huomioitu laskennassa, joka silti antaa tulokseksi maapallon pinnan lämpenemistä hiilidioksidipitoisuuden lisäykselle.

Tämä ongelma siis ratkaistiin vuonna 1956, yli 50 vuotta sitten. Ratkaisu on myös hyvin suoraviivainen ja helposti ymmärrettävä, eikä sen pitäisi jättää epäselvyyksiä. Silti näitä jo ratkaistuja väitteitä yhä esitetään julkisilla foorumeilla ikään kuin niitä ei olisi ratkaistu.

Kiitos hyvistä kommenteista Jarille, Kaitsulle ja AJ:lle.

Lähteet

Abbot, C. G., 1920, ”The larger opportunities for research on the relations of solar and terrestrial radiation”, PNAS, 6, 82-95, [koko artikkeli]

Arrhenius, Svante, 1896, ”On the Influence of Carbonic Acid in the Air Upon the Temperature of the Ground.” Philosophical Magazine 41: 237-76, [koko artikkeli]

Callendar, G. S., 1938, ”The artificial production of carbon dioxide and its influence on temperature”, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Volume 64 Issue 275, Pages 223 – 240, [tiivistelmä]

Fleming, James R., 2002, ”The carbon dioxide theory of climate change: emergence, eclipse, and reemergence, ca. 1850–1950”, 13th Symposium on Global Change and Climate Variations, AMS, [tiivistelmä, koko artikkeli]

Hulburt, E. O., 1931, ”The Temperature of the Lower Atmosphere of the Earth”, Physical Review, vol. 38, Issue 10, pp. 1876-1890, [tiivistelmä]

Martin, P. E., Barker, E. F., 1932, ”The Infrared Absorption Spectrum of Carbon Dioxide”, Phys. Rev. 41, 291–303, [tiivistelmä]

Plass, G. N., 1956, ”The influence of the 15u carbon-dioxide band on the atmospheric infra-red cooling rate”, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Volume 82 Issue 353, Pages 310 – 324, [tiivistelmä]

Plass, Gilbert N., 1956b, ”Carbon Dioxide and the Climate” – artikkeli uudelleenjulkaistiin vuonna 2010: American Scientist, Volume 98, Number 1, Page: 58, DOI: 10.1511/2010.82.58, [koko artikkeli]

Rubens, H.; Aschkinass, E., 1898, ”Observations on the Absorption and Emission of Aqueous Vapor and Carbon Dioxide in the Infra-Red Spectrum”, ApJ, 8, 176, [tiivistelmä ja koko artikkeli]

Simpson, 1929 – tieto on peräisin lähteestä Fleming (2002), joka ei anna tarkkaa viitettä tähän.

Strong, John, Plass, Gilbert N., 1950, ”The Effect of Pressure Broadening of Spectral Lines on Atmospheric Temperature”, Astrophysical Journal, vol. 112, p.365, [tiivistelmä ja koko artikkeli]

Tyndall, John, 1861, ”The Bakerian Lecture: On the Absorption and Radiation of Heat by Gases and Vapours, and on the Physical Connexion of Radiation, Absorption, and Conduction”, Proc. R. Soc. Lond. 11:100-104; doi:10.1098/rspl.1860.0021, [tiivistelmä, koko artikkeli]

Weart, Spencer, 2009, ”The Carbon Dioxide Greenhouse Effect”, [koko artikkeli]

Ångström, Knut, 1900, ”Ueber die Bedeutung des Wasserdampfes und der Kohlensäure bei der Absorption der Erdatmosphäre”, Annalen der Physik, Volume 308 Issue 12, Pages 720 – 732, [tiivistelmä (saksankielinen)]