Katalog

18 TartışmaEditöre Mektup CBT 1475/26 Haziran 2015 Hava ve iklime Entropi penceresinden bakış Prof. Dr. Kasım Koçak İTÜ, Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Meteoroloji Mühendisliği Bölümü, Maslak, İstanbul, [email protected] “ZAMANMEKÂN EFENDİSİ” İNSANOĞLU T ermodinamik bilimine yapmış olduğu bilimsel katkılarla, fiziğin bu önemli dalının gelişmesinde öncü rol oynamış olan değerli bilim adamı Sadi Carno 1824 yılında yazdığı bir eserde “Dünya üzerinde gözlenen bütün hareketler ısı enerjisine atfedilmelidir. Isı, atmosferdeki hava akışının, bulutların hareketinin, düşen yağmurun ve diğer tüm atmosferik olayların nedenidir” demektedir. Dolayısı ile yaşantımızı doğrudan etkileyen atmosferik süreçlerin termodinamik bakış açısından incelenmesi önem taşıyor. Rifkin 1980’de yazdığı, doğaya ve olaylara entropi bakış açısından yaklaşmanın önümüzde açacağı yeni ufuklara dikkat çekmiştir. Son yıllarda benzer konular üzerine farklı bilim adamlarınca değişik kitaplar yayınlandı, bilimsel makaleler kaleme alındı. Bu yazıda, entropi konusunun atmosferik süreçlerle olan ilişkisi kısaca irdelenecektir. Bu bağlamda önce ana hatları ile termodinamik yasalardan bahsedilecek, daha sonra entropinin artışı ilkesi, atmosferik süreçlerde entropi maksimizasyonu ve son olarak konunun atmosferik süreçlerele olan ilişkisi üzerinde durulacaktır. Termodinnamik dört yasa üzerine kurulmuş, fiziğin enerjiyle ilgilenen koludur. Bu dört yasadan özelikle 1. ve 2. yasalar termodinamiğin en temel yasalarıdır. Bunlardan 1. yasa enerjinin miktar yani niceliği ile; 2. yasa ise enerjinin kalite yani niteliği ile ilgilidir. Birinci yasaya göre enerji enerjidir, diğer bir deyişle enerjinin ısı ya da iş formunda olması farketmez. Ancak ikinci yasa açısından enerjiden enerjiye fark vardır. Bu nedenle ikinci yasa açısından iş formundaki enerji, ısı formundaki enerjiden daha değerlidir. Diğer taraftan birinci yasa açısından tüm enerjiler eşittir. Yani 1000 J’lük ısı enerjisi ile eşdeğeri iş eşittir. İkinci yasa açısından durum farklıdır: İş formundaki 1000 J’lük enerji, ısı formundaki 1000 J’lük enerjiden daha yararlıdır; çünkü ısı enerjisini her hangi bir kayıp olmaksızın işe dönüştüremeyiz, ama işin tamamını hiç kayıp olmaksızın ısıya dönüştürebiliriz. İki yasa arasındaki diğer önemli karşılaştırma da şudur: Miktar (nicelik) her zaman korunur, yok edilemez; fakat kalite (nitelik) varken yok olur. Bununla birlikte iki yasa şu şekilde bir cümle içerisinde birleştirilebilir: Verilen bir izole sistem için enerji korunur ancak entropi artar. TERMODİNAMİK YASALARI Yukarıda da kısaca değinildiği gibi termodinamiğin birinci yasası enerjinin korunumu ile ilgilidir. Termodinamiğin ikinci yasası ise entropi adı verilen yeni bir özelliğin tanımına yol açar. Entropi “enerji”den de soyut bir kavramdır, bu nedenle fiziksel açıklamasını tam olarak vermek zordur. Entropinin enerjiden farkı şudur: Enerji korunur, ancak entropi korunmaz. Bir hal değişimi sırasında izole bir sistemin entropisi her zaman artar, ancak hal değişiminin tersinir olması durumunda sabit kalır. Diğer bir deyişle izole bir sistemin entropisi hiçbir zaman azalmaz. Bu, entropinin artışı ilkesini ifade etmenin bir yoludur. Isı geçişi olmadığı zaman, entropi değişimi sadece tersinmezliklerden kaynaklanır ve bu etki kendini daima entropinin artışı yönünde ortaya koyar. Termodinamiğin ikinci yasası izole bir sistemin kararlılığı hakkında önemli bir kriter sunar: “Maksimum entropi durumunda olan izole bir sistem, kararlıdır”. Bir hava parseli ve çevresini izole bir sistem olarak düşünürsek, parselin kararlılığını maksimum entropi durumuna göre belirleyebiliriz. Potansiyel sıcaklık kavramı atmosfer termodinamiğinin en önemli kavramlarından biridir ve atmosferin entropisini temsil eder. Atmosfer söz konusu olunca, günümüz insanının karşı karşıya kaldığı hava kirliliğinden ve iklim değişiminden de bahsetmek gerekliliği ortaya çıkar. Bilindiği gibi tersinmez bir süreç olan fosil yakıtların yanması sonucunda, kullanılmayan önemli miktarda bir ısı atmosfere bırakılmaktadır. Bu kayıp ısı, sonuçta atmosferik çevrenin entropisini artırmaktadır. Karbondioksit konsantrasyonunun ve sıcaklığın artması bunun bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. Diğer taraftan dünyamıza güneşten düzenli olarak bir enerji girdisi olmaktadır. Entropi artışı, ne yazık ki güneşten gelen mevcut enerji girişi ile karşılanamayacak ölçüde büyüktür. Entropi artışı, düzensizliğin diğer bir deyişle iklimsel düzensizliğin arttığı anlamındadır. Yüksek entropili bir dünya, eskisine göre daha az kararlı ve daha az öngörülebilir olacaktır. IPCC tarafından hazırlanan raporlar da ne yazık ki bu öngörüyü doğrular niteliktedir. Yukarıda kısaca değinilen entropi maksimizasyonu yaklaşımını yalnızca atmosferik süreçlere değil; başta hidrolojik süreçler olmak üzere pek çok diğer süreçlere de uygulamak mümkündür. Kaynaklar: • Carnot, S. Reflexions on the Motive Neden bir bilgi toplumu olamıyor? bguvenc@superonline. com Bozkurt Güvenç B ütün canlılar gibi insan türü de bir “zamanmekân” dünyasında yaşıyor. Bitkiler kadar üretici, hayvanlar kadar mekân cambazı olmasa da, yerkürenin değilse bile yaşam kürenin tartışılmaz egemeni, “zamanmekân”ın rakipsiz efendisidir. Üç boyutlu mekânı, beş duyusuyla algılıyor; ama olup bitenleri izleyerek kendi zihninde yarattığı soyut bir “zaman” (değişim) kavramıyla yorumlayarak “efendisi” oldu bu dünyanın. Bugünü yaşıyor, geçmişi hatırlıyor, geleceği hayal ediyor. Yarattığı medeniyetlerin kusurlarına, açmaz ve çıkmazlarına çözüm arıyor. 20. yüzyılın sonlarına doğru, gerçekleştirdiği iletişim teknolojisi (IT), bir cep telefonu ve epostası olan herkesin birbiriyle ilişki kurmasını sağlayınca, birden umutlandı, “Bilgi Toplumu” olacağını hayal etti. Oysa bilgisi arttıkça, bilmedikleri çoğalıyordu. Sarıldığı “Küreselleşen Dünya”da, barış ve huzur değil, içinden çıkamadığı krizlerle, çözümünü bulamadığı yeni çevre ve yaşam sorunlarıyla uğraştı. İletişim teknolojisinin vadettiği bilgi toplumu umudu, yerini ekonomik büyümenin sürdürülmesi söylemine bıraktı. Yaşamın sürdürülmesi yerine büyümenin sürdürülmesi… Ne büyük bir çelişki! Bu sütunlarda kısaca değindiğim, “Ekonomik Büyümeni Sınırları” (PotomacRoma Kulübü, İ.Ü. İktisat F., 1978) araştırması üzerine okuyuculardan gelen ve CBT editörü Bursalı’nın desteklediği talepler üzerine, tüketime dayalı ekonomik büyümenin çözüm olmadığı gerçeğini tek bir şema ile özetlemeye çalışıyorum. Geleneksel veya çağdaş, çoğumuz, zamanmekân sürekliliğini kendi ve yakın “ZAMANIN EFENDİSİ” İNSAN neden Bilgi toplumu olamıyor? çevremizdeki en yakın çıkarlarımızla ilgileniyoruz. Olaylar ve sorunlar “Öz”den ve bizden uzaklaştıkça merak ve ilgi azalır. Gözden ırak gönülden ırak, beni sokmayan yılan binyıl yaşasın ya da “Allah kerim” deyip, unuturuz. Oysa yapacaklarımız ertelendikçe sorunlar büyür ve çözümsüz olur. Zamanmekân’daki beşeri tembelliğimizin ve yakınsaklığımızın ağır bedelini sineye çekip onlarla yaşamayı öğreniriz. Tam bu konuda insanın çelişik bir yanılgısı var. Hemen başucumuzda olup bitenler bencil çıkarlarımıza ters düşüyorsa onları görmezden ve bilmezden geliriz. 2. Dünya Savaşı ertesinde, kıtlıktan çıkıp tüketim bolluğunu yaşayan Amerikan toplumu, iktisatçı Galbraith’in. Refah Toplumu (Affluent Society 1958) uyarısını beğenmedi, adını anmadı. Aynı uyarı 1985’de ödüller aldı. Dünya’nın doğal kaynaklarıyla çevre sorunlarını ve insanlığın refahını inceleyen “Binyılın Ekosistem Değerlendirme Raporu 2005,” (Bkz. İmkânlarımızın Ötesinde Yaşam, TÜBA çevirisi 2008), doğal kaynakları sınırlı olan uzay gemisi Dünya gezegeninde, ekonomik büyümenin sürekli olamayacağını göstermişti. BÜYÜMENİN SÜRDÜRÜLMESİ İLE KENDİNİ ALDATMA Binyılın Ekosistem Raporu (2005) Türkçeye Çevirisi TÜBA 2008) Power of Fire; Manchester Univ. Press: Manchester, UK, 1986; p. 230. • Çengel YA, Boles MA. 1996: Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik. McGrawHillLiteratür. • Deutscher G. 2008: The Entropy Crises. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. • Koçak K. 2015: Enerji, Entropi, Hava ve İklim. 7. Atmosfer Bilimleri Sempozyumu, İstanbul. • Rifkin J. 1980: Entropy, A New World View. The Viking Press, new York.• Schmitz JEJ. 2007: The Second Law of Life, Energy, Technology, and the Future of Earth As We Know It. William Andrew Publishing. Endüstri devriminin ortalarına değin, dünyanın ortalama çevre ısısı 14 Co derecesi dolayında değişiyordu. 1950’den sonra ısınmaya hızlandı, 2000’lerde 15 dereceye yaklaşan ısının bu yüzyıl içinde 16 dereceye yükseleceği tahmin ediliyor. Sıcak kanlı memeliler için yüksek değil, ama canlı varlıklar âleminin büyük çoğunluğu 1617 derecede yok oluyor. Bugünkü tüketim hızı devam ederse 30, çevre bilimlerinin uya