Der Treibhauseffekt
4. Februar 2010 | Von Peter Heller | Kategorie: Artikel, Blog, Klimawandel, Wissenschaft
Vor einigen Tagen haben Prof. Lüdecke und Dr. Link auf EIKE eine aus meiner Sicht sehr gelungene Darstellung des Treibhauseffektes veröffentlicht. Nun ja, „Treibhauseffekt“ ist halt der eingeführte Begriff, obwohl er mit den Vorgängen in einem realen Treibhaus nicht viel gemein hat. „Atmosphäreneffekt“ wäre vielleicht angemessener. Egal, ich will verstanden werden und passe mich daher dem Mainstream an. Bleiben wir also bei „Treibhauseffekt“.
Seine Erfahrung von der Klimakonferenz in Berlin hat wohl Prof. Lüdecke zu dieser Arbeit getrieben. Denn dort stellte sich auch zu meiner Überraschung heraus, wie viele bemerkenswert kreativ formulierte Argumente gegen die Existenz dieses Treibhauseffektes durch bemerkenswert viele Leute ins Feld geführt wurden. Lüdecke hatte ihn auf einer seiner Folien beschrieben und schien angesichts der daraufhin startenden Debatte doch etwas überrascht und verwirrt. Gleiches wiederfuhr Luboš Motl, der ebenfalls wie selbstverständlich von der Realität des Treibhauseffektes ausgegangen war.
Diejenigen, die nicht an den Treibhauseffekt glauben wollen oder können, haben aber Häme nicht verdient. Denn die Ursache des Unverständnisses liegt in den vielen mangelhaften Erklärungen, die man so finden kann. Es ist kein besonderes Ruhmesblatt für unsere alarmistischen Wissenschaftler und Medien, eines ihrer zentralen Argumente nicht ausreichend zu erläutern. Stattdessen wird vernebelt und verkompliziert, wo es nur geht. Den Menschen, die in der Regel eben kein Physikstudium absolviert haben, werden Spektren um die Ohren gehauen, die sie nicht verstehen, weil sie mit derartigen Diagrammen und deren Interpretation bislang einfach nichts zu tun hatten. Es wird von Gegenstrahlungen gefaselt und tatsächlich werden Strahlungsdichten wie vektorierbare, bilanzierbare Größen mit wild umherspringenden Pfeilen veranschaulicht, was nun vollkommener Mumpitz ist. Ich habe selten so viel Blödsinn über den „Schwarzen Körper“ gelesen, wie im Zusammenhang mit den diversen Erläuterungen des Treibhauseffektes. Von Schichten in der Atmosphäre, die infrarote Strahlung „reflektieren“, will ich nicht mal reden und wenn Sven Plöger im Fernsehen unwidersprochen über „schwarze Pappe“ schwadronieren darf, dann ist das schon – ehrlich? – ehrlich! – zum Kotzen.
Von daher ist der Ansatz von Prof. Lüdecke und Dr. Link sehr begrüßenswert. Aber wie die mal wieder ausufernde Debatte auf EIKE zeigt, scheint auch dieses Papier noch zu kompliziert zu sein. Es geht auch einfacher, denke ich. Und deswegen will ich auch mal den Versuch unternehmen, den Treibhauseffekt so zu erläutern, daß ihn wirklich fast jeder verstehen kann. Auf die banalste und trivialste Weise, die mir möglich ist (ich bin kein Lehrer und auch kein großer Didakt). Ich operiere im folgenden mit groben Vereinfachungen und geschätzten, ungefähren Werten. Nicht, weil ich es nicht besser könnte, sondern weil jede tiefergehende, genauere Erklärung einen weiteren Absatz an Zusatzerläuterungen erfordern würde. Auch so ist der Text schon lang genug.
(Viele Puristen werden sich an meinem Mut zur Lücke stören. Begriffe wie „stationäre Atmosphäre“, „adiabatische Zustandsänderung“, „innere Energie“, „ideales Gas“ benutze ich schlicht nicht. Und auch die üblichen Spektren ignoriere ich. Ich bitte diesmal in der Debatte wirklich in das Kalkül einzubeziehen, daß ich jeden potentiellen Leser, also auch einen Nicht-Naturwissenschaftler und Nicht-Techniker, erreichen möchte.)
Erde und Sonne
Die Strahlungsleistungsdichte der Sonne auf Höhe der Erdbahn beträgt 1.367 W/m². Diese fällt auf die Querschnittsfläche Q der Erde, mit R als Erdradius ist letztere also gegeben als:
Q = πR²
Etwa 30% der ankommenden Strahlung werden durch die Erdoberfläche und die Atmosphäre wieder in den Weltraum reflektiert. Die restlichen 70% werden absorbiert.
Und im Gleichgewichtsfall auch wieder emittiert. Und zwar von der gesamten Kugeloberfläche O der Erde:
O = 4πR²
Die absorbierte Strahlungsleistung verteilt sich also auf eine um den Faktor 4 größere Fläche für die Emission. Die Leistungsdichte der emittierten Strahlung muß daher um den Faktor 4 geringer sein, damit die Annahme des Gleichgewichtes erfüllt ist.
Wir erhalten auf diese Weise für die von der Erde in den Weltraum emittierte Strahlung eine Leistungsdichte von:
S = 0,25 (Oberflächenfaktor) × 0,7 (absorbierter Anteil) × 1367 W/m² = 239 W/m²
Nun kommt der berühmte Schwarze Körper ins Spiel. Dessen thermodynamische Temperatur hängt allein von der von ihm emittierten Strahlungsleistung ab. Der entsprechende Zusammenhang wird durch die Stefan-Boltzmann-Gleichung beschrieben:
S = σT4 (mit σ = 5,67 × 10-8 W/m²/K4)
Einem Schwarzen Körper mit einer Emission von S = 239 W/m² kann man daher eine Temperatur T von ungefähr -18° C (255 K) zuordnen.
Wenn nun jemand aus dem Weltraum, aus großer Entfernung, die Temperatur der Erde bestimmen wollte, wie würde er das machen? Er kann ja nicht einfach ein Thermometer hochhalten. Er würde vielmehr ein Spektrum der von der Erde emittierten Strahlung aufnehmen. Und dieses mit den ihm bekannten, berechenbaren Spektren von Schwarzen Körpern vergleichen. Die -18°, die unser extraterrestrischer Astronom dann erhielte, stellen also die Temperatur dar, die die Erde hätte, wäre sie ein Schwarzer Körper. Um dies zu verdeutlichen, spricht man in der Physik von der sogenannten „Strahlungstemperatur“. Die Strahlungstemperatur der Erde beträgt -18° C.
(Irdische Astronomen arbeiten im übrigen ganz genau so, wie unser Extraterrestrier. Wann immer Sie also so etwas lesen, wie „der Himmelskörper hat diese Temperatur“, dann müssen Sie beachten, daß es sich hierbei um die Strahlungstemperatur handelt. Also eben die Temperatur, die der Stern oder der Planet hätte, wäre er ein Schwarzer Körper. Das ist in guter Näherung für viele Himmelskörper tatsächlich der Fall. Für die Erde auch? Das nehmen wir nun einfach einmal an – ohne nähere Begründung. Ich möchte den Text kurz halten, und nicht zu weit ausufern.)
Warum ist die Luft am Erdboden wärmer, als in der Höhe?
Weil sich die Atmosphäre in einem Gravitationsfeld befindet. Dieses erzeugt einen Dichtegradienten in unserer Lufthülle, am Boden ist die Luft dichter, als in großer Höhe. Wenn man nun ein Gas verdichtet, steigt seine Temperatur.
Man kann sich das auch anders klarmachen. Die Energie eines Gasmoleküls in der Atmosphäre setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen: der potentiellen Energie aufgrund seiner Höhe und der kinetischen Energie aufgrund seiner Bewegung. Fällt es nun aus großer Höhe zu Boden, wird potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Es wird beschleunigt, es bewegt sich schneller. Die Summe beider Energieformen ist aber immer dieselbe (Energieerhaltungssatz). Je tiefer sich das Gasmolekül also in der Atmosphäre aufhält, desto geringer ist seine potentielle und desto größer seine kinetische Energie. Die Temperatur eines Gasvolumens ist ein Maß für diese kinetische Energie, sie ist umso höher, je schneller sich die Moleküle in diesem Volumen bewegen. Ergo ist die Luft am Erdboden wärmer, als in der Höhe.
Um wieviel genau, kann man ausrechnen (und messen). Für die Lufthülle der Erde gibt es verschiedene Angaben in der Literatur, verbreitet ist ein mittlerer Wert von 6,5° pro km. Mit jedem Kilometer, den wir aufsteigen, verringert sich die Temperatur der Luft also um 6,5° gegenüber dem Erdboden.
(Dieser Zusammenhang gilt erst einmal nur für die untere Atmosphärenschicht, die Troposphäre, bis in etwa 8 (an den Polen) bis 18 (am Äquator) km Höhe. Darüber werden die Verhältnisse kompliziert. In der Troposphäre befindet sich aber 90% der Gasmenge unserer Lufthülle und damit auch fast die gesamte Menge an Treibhausgasen.)
Die Treibhausgase
Treibhausgase sind solche, die infrarote Strahlung absorbieren und entweder in kinetische Energie (in Bewegung) umsetzen, oder auch wieder reemittieren. Diese Eigenschaft wiesen fast alle drei- und mehratomigen Gase auf. Insbesondere auch die bekannten Protagonisten der Debatte, Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan. Gemeinsam sorgen sie dafür, daß die Troposphäre für infrarote Strahlen ziemlich undurchsichtig ist. Sie wird natürlich umso durchsichtiger, je höher man kommt, denn die Dichte auch der Treibhausgase sinkt. Ab etwa 5 km Höhe erreicht die von dort emittierte IR-Strahlung den freien Weltraum.
Der Treibhauseffekt
Und damit auch unser Astronomen-Alien, das gerne die Strahlungstemperatur der Erde messen möchte. Es bestimmt also eigentlich die Temperatur einer Schicht der Atmosphäre, die in etwa 5 km Höhe über dem Meeresspiegel liegt. Zu -18°. Gegenüber dieser Schicht steigt die Temperatur zum Erdboden hin um eben 5 mal 6,5, also etwa 33°. Auf diese Weise ergibt sich die mittlere Temperatur am Boden zu -18°+33°=15° und voilá, das ist er dann schon, der sogenannte „natürliche Treibhauseffekt“.
Das wäre die triviale und hoffentlich für jedermann verständliche Erläuterung des Treibhauseffektes. Die nach meiner Auffassung auch physikalisch widerspruchsfrei ist.
(Und damit ist auch klar, warum ein „Beweisexperiment“ im Labor nicht möglich ist. Weil man die Schwerkraft nicht einfach abschalten und somit den erforderlichen Dichtegradienten nicht darstellen kann. Wann immer Ihnen jemand erzählt, mit seinem Versuchsaufbau wäre nun der Treibhauseffekt bewiesen, dann glauben Sie ihm nicht. Er hat wahrscheinlich lediglich gezeigt, daß Kohlendioxid infrarote Strahlung absorbiert und reemittiert oder durch Stöße weitergibt. Mehr nicht.)
Der Ansatz der Klimaforschung wird nun deutlich: Wenn man die Menge an Treibhausgasen in der Troposphäre steigert, erhöht sich die „Grenzschicht“, ab der die Atmosphäre für IR-Strahlung durchsichtig wird. Die Temperatur dieser „Grenzschicht“ ist aber immer -18° (aufgrund des oben angenommenen Strahlungsgleichgewichtes). Liegt sie nur 100 Meter höher, steigt dadurch die Temperatur der Luft am Erdboden um im Mittel 0,65° (es liegen dann eben nicht mehr 5 km Luft zwischen dieser Schicht und dem Erdboden, sondern 5,1 km).
Der Treibhausprozeß – Worüber wird gestritten?
Zweifel an dieser Modellvorstellung sind nicht zielführend. Es ist schon häufig berechnet worden, was denn nach diesem Modell selbst eine Verdoppelung des Kohlendioxid-Gehaltes in der Erdatmosphäre ausmachen würde. Nämlich eine Temperaturerhöhung um etwa 1° im Mittel. Also nichts, worüber man sich Sorgen machen müßte.
Aus der Sicht der Klimaforscher ist der Treibhauseffekt als solcher auch nicht besonders spannend. Sondern die Art und Weise, wie er mit den anderen Prozessen, die unser Klimasystem ausmachen, in Wechselwirkung tritt. Bislang habe ich unter „Treibhauseffekt“ eigentlich dieses Gesamtbild verstanden. Jetzt schlage ich zur besseren Differenzierung den Begriff „Treibhausprozeß“ vor.
Und über diesen wird in der Tat gestritten – und man kann auch trefflich darüber debattieren. Die eigentlich spannende und kritische Annahme vieler Klimaforscher ist nämlich, eine Verstärkung des Treibhauseffektes durch mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre würde automatisch eine Reihe anderer Prozesse in Gang setzen oder verstärken. Prozesse, die in Summe die Temperatur viel stärker erhöhen, als es der durch das Kohlendioxid verursachte Treibhauseffekt allein jemals könnte. Das sind die berühmt-berüchtigten Feedback-Mechanismen, deren Zusammenwirken durch die sogenannte Klimasensitivität beschrieben wird.
Tiefer werde ich an dieser Stelle nicht einsteigen, denn ich möchte zum Ende kommen. An den gesamten Prozeß, also „Treibhauseffekt plus Feedback-Mechanismen“ denke ich, wenn ich vom „Treibhausprozeß“ spreche. Das mag sich konstruiert anhören, ist aus meiner Sicht aber wichtig. Denn die wissenschaftliche Debatte dreht sich um die Frage, ob denn der „Treibhausprozeß“ ausreichend verstanden ist und ob er in der Weise wirkt, wie es die Alarmisten annehmen. Zweifel am „Treibhausprozeß“ sind also nicht nur gestattet, sondern wichtig für den Erkenntniszuwachs. Zweifel am „Treibhauseffekt“ führen nicht weiter.
guden,
hab heute was gutes aus dem rt nachrichtenkanal gefunden. wer dem englischen mächtig ist solte sich das anschauen.
anscheindend wirds etwas eng für unsere co² prediger.
http://www.youtube.com/watch?v=QwLL2Cjfed8&feature=sub
Lieber Herr Heller,
ich wüsste gern woher Sie die Zahlenangaben z.B. für die Albedo ( ca. 30 %) und die Ø globale Ø Temperatur der Erde (geschätzte 15 °C) haben. Wie genau sind diese Schätzungen? Und Bbleiben diese Werte über die Zeit konstant oder haben sie auch ein Zeitverhalten? Z.B. hat Sevensmark nachgewiesen, dass die Wolkenbedeckung fast 1:1 mit dem Verlauf der kosm. Höhenstrahlung korreliert. Die Albedo trittt nur auf der Tagseite auf, wie groß ist die Dämmung der Wolken auf der Nachtseite oder gar ihre Verteilung Tag /Nachtseite.
Ich wüsste auch gern, wann denn der postulierte Gleichgewichtszustand eintritt? Sofort? in 10 Tagen? In 1 Jahr? In 30 Jahren? Oder niemals? “Eiert” der Zustand um das Gleichgeicht herum?
Könnte es nicht sein, dass die Erwärmung eine Verhinderung der schnellen Abkühlung durch die Isolationseigenschaften der Atmosphäre geschieht?
Formeln ausrechnen ist leicht, ihre physikalische Zuordnung eher nicht.
Warum ist die Luft am Erdboden wärmer, als in der Höhe?
Sehr geehrter Herr Heller,
wenn Ihre Erklärung der Temperaturänderung stimmen würde, dann dürfte die Abkühlung nach oben keine Grenze haben – aber in der Realität ist an der Tropopause Schluß.
Ihre Vermutung “Die Summe beider Energieformen ist aber immer dieselbe (Energieerhaltungssatz).” geht zwr etwas in die richtige Richtung ist aber etwas falsch. Der Grund für die Temperaturabname mit der Höhe ist die Vertikalzirkulation. Mit der Höhe nimmt der Druck ab. Deshalb dehnt sich ein aufsteigendes Luftpakat gegen den Umgebungsdruck aus und zur Ausdehnung ist Energie erforderlich. Diese Energie wird der Wärmeenergie des Luftpakets entzogen (Energieerhaltungsatz). Dabei würde sogar ein Temperaturgradient von 9,8K/km eintreten. Da aber in kälterer Luft Wasserdampf kondensiert, wird auch Energie von der Kondensationswärme genommen. Dabei sinkt der Temperaturgradient auf ca. 6,5K/km: Ohne Vertikalzirkulation keine Temperaturabnahme..
Oberhalb der Tropopause ist fast keine Vertikalzirkulation und deshalb ist Ende mit dem Temperaturabfall.
MfG
Lieber Herr Limburg,
schön, Sie auch hier zu lesen. Vorweg: Keine Sorge, ich bin nicht zur anderen Seite abgewandert.
Tja nun, da wollte ich es bewußt einfach halten, damit jeder es nachvollziehen kann. Und nun wird mir vorgeworfen, nicht kompliziert genug zu sein. Um das mal ganz klar zu sagen: Sobald man mit adiabatischen Zustandsänderungen, idealen Gasen und ähnlichem anfängt, schaltet selbst meine Zahnärztin ab. Obwohl diese studiert hat und auch sonst nicht gerade dumm ist. Ich glaube ja nicht, daß mein Text nun Big-Brother-Kandidaten erreicht, aber den interessierten Laien, die willens und in der Lage sind, das bißchen Mühe des Selberdenkens beizubringen, hatte ich schon im Fokus.
Und für diesen, Herr Limburg, habe ich obigen Text geschrieben. Weil ich eben denke, daß der Lüdecke/Link-Beitrag bei EIKE immer noch zu kompliziert ist.
Ich könnte es mir jetzt einfach machen: Die Zahlen habe ich einfach bei Lüdecke und Link abgeschrieben. Fragen Sie also Ihren Pressesprecher…;)
Nein, ernsthaft: Folgende Randbedingungen liegen obiger Betrachtung zugrunde:
- eine statische, im thermodynamischen Gleichgewicht befindliche Atmosphäre, in der keinerlei Konvektion oder ähnliche Ausgleichsströmungen mehr stattfindet, eine Atmosphäre also, die vollkommen zur Ruhe gekommen ist
- eine Atmosphäre, die sich als ideales Gas beschreiben läßt
- eine vollkommen gleichmäßige und ebene Erdoberfläche, die also überall dieselbe Albedo aufweist, mithin überall aus dem gleichen Material besteht
- eine Erde, die sich als Schwarzer Körper auffassen läßt
Dann, und nur dann, ergeben sich die obigen Zahlenwerte. Eine derartige Reduktion auf die wesentlichen Parameter ist gestattet, denn es gilt das Prinzip eines bestimmten Effektes zu beschreiben. Nur das Prinzip, mehr nicht. Was ich oben beschrieben habe, ist sozusagen die Essenz des Treibhauseffektes so, wie ihn die Klimaforschung annimmt. In der Physik ist es die Regel, mit solchen einfachen Vorstellungen zu operieren. Der “Massenpunkt” oder auch der “starre Körper” aus der Mechanik sind Beispiele dafür. Wir erfassen die Prinzipien der realen Effekte in der Theorie eben durch ein auf das wesentliche reduziertes Modell.
(In der Alltagssprache verstehen wir unter einem “Modell” etwas, was die Realität so genau wie nur möglich abbildet. In der Physik ist es genau umgekehrt. Hier ist ein Modell eine abstrakte, auf das wesentliche reduzierte Abbildung der Realität).
In der Wirklichkeit muß sich der Treibhauseffekt natürlich mit zig anderen Effekten “auseinandersetzen”. Inwieweit diese ihn nun verstärken, oder gar abschwächen, ist eine Frage, die niemand derzeit ausreichend genau beantworten kann. Aber der Effekt als solcher existiert zweifellos, ob er nun Auswirkungen hat, oder nicht.
Ich weiß ja, was Sie hören wollen. Also gut: In Wahrheit ist die Erdoberfläche ein höchst differenziertes Gebilde mit höchst differenzierten Strahlungseigenschaften. Sie heizt die Luft daher an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich auf. Dadurch entstehen Strömungen (vertikal und horizontal), die letztlich wesentlich unser Wetter verursachen (neben Luftfeuchtigkeit und anderen Parametern). Die reale Erdatmosphäre befindet sich nicht im thermischen Gleichgewicht, nicht global und auch nicht lokal. Da zwischen zwei verschiedenen Punkten auf der Erdoberfläche also kein thermisches Gleichgewicht herrscht, ist eine “durchschnittliche Temperatur” dieser beiden Punkte auch nicht definiert. Es gibt keine mittlere globale Temperatur. Eine ähnliche Argumentation kann man für die Albedo führen. Zufrieden?
Ich denke mal, trotz vieler schludriger Darstellungen auch und gerade im IPCC-Report, daß die Klimawissenschaftler das auch wissen. Das ist Basiswissen der Thermodynamik. Was aber nicht ausgeschlossen werden kann, ist ein globaler Effekt, der sich auf all die vielen verschiedenen lokalen Temperaturen gleichmäßig auswirkt, der also überall dieselbe Abweichung von einem langjährigen, lokalen Mittelwert (Anomalie) erzeugt. Und genau diesen (linearen) Effekt will man ja zeigen, wenn man in die Graphen der mittleren globalen Temperaturanomalie (diese allerdings ist als mathematische Konstruktion zulässig) Ausgleichsgraden einzeichnet. Daß es keine mittlere globale Temperatur gibt, ändert nichts an der prinzipiellen Möglichkeit der Existenz eines Treibhauseffektes.
Tag/Nacht und ähnliche Zyklen sind für die Darstellung des Prinzips des Treibhauseffektes ebenso unwichtig, wie Wolken und anderes. Stellen Sie sich einfach eine Erdkugel vor, die die einfallende Sonnenstrahlung absorbiert, in ihrem Inneren irgendwie umsetzt, und gleichmäßig über ihre Oberfläche verteilt wieder abstrahlt. Letzteres ist entscheidend, und nicht, ob nun die Einstrahlung auf eine Halkugel oder gar nur auf einen einzigen Punkt erfolgt. Wichtig für das Modell ist einfach nur, daß die Abstrahlung gleichmäßig erfolgt (Beachten Sie die labortechnische Realisierung des Schwarzen Körpers durch einen Hohlraumstrahler.).
Zitat:
Tja, das wüßte ich auch gern. Ich weiß es wirklich nicht. In meinem Modell oben ist er einfach ständig gegeben, weil ich jegliche Dynamik weggedacht habe. Ich würde mal das “herumeiern” vermuten, aber dazu sollten wir tatsächlich einen Klimaforscher befragen. Vielleicht besser gleich viele, denn wahrscheinlich sind diese sich auch in dieser Frage nicht einig.
Ich denke, das beantwortet auch Ihren Einspruch, Herr Ebel, zumindest zum Teil. Ihre Darstellung ist natürlich korrekt, aber Sie verwechseln da Ursache und Wirkung. Sie dürfen nicht ein aufsteigendes Luftpaket, das sein Volumen vergrößert betrachten, sondern ein bestimmtes Volumen, bspw. 1 Kubikmeter. Unten ist viel Gas in diesem Kubikmeter enthalten, er ist warm und übt einen höheren Luftdruck aus. Oben ist weniger Luft enthalten, er ist kalt und übt einen geringeren Luftdruck aus. Für die statische Atmosphäre kann man nun genau ausrechnen, welche Gradienten der Temperatur und der Dichte für einen stabilen Gleichgewichtszustand erforderlich sind (ich schreibe für die Laien, deswegen leite ich in obigem Text genau nicht die barometrische Höhenformel her – wieviel zehntausend Worte werden eigentlich verlangt, um den Treibhauseffekt zu erklären?). Wird in der Realität Luft durch den Boden erwärmt, so wird dieses Gleichgewicht gestört. Die Zirkulationsströmungen entstehen deswegen, weil die Atmosphäre danach strebt, das stabile Gleichgewicht aus meinem obigen Modell zu erreichen.
In der Stratosphäre herrschen deswegen andere Bedingungen, weil sie durch die Sonneneinstrahlung aufgeheizt wird. Dieser Effekt überlagert den natürlichen Temperaturgradienten. Das ist bei der Troposphäre nicht der Fall. Diese wird vom Boden her, von unten, erwärmt.
Wenn es allerdings den Treibhauseffekt gibt, dann steigt natürlich die Gesamtenergie der Troposphäre an. Und man kann zeigen, daß im Gegensatz dazu die Energie der Stratosphäre sinken muß (denn Energie entsteht ja nicht aus dem Nichts und die “Systemgrenze” für den Treibhauseffekt ist die gesamte Atmosphäre, man darf die Troposphäre nicht als energetisch abgeschlossenes System betrachten, das führt tatsächlich zu physikalischen Widersprüchen). Dummerweise wird genau das auch so gemessen.
Es hilft nichts, und es hilft auch nicht, die Dinge unnötig zu verkomplizieren. Der Treibhauseffekt ist real. Ob er aber auch die Auswirkungen auf das Klima haben kann, wie es die Alarmisten annehmen, ist zu hinterfragen.
@Heller
Ich habe in den letzten Jahre viele Versuche gelesen den “Treibhauseffekt” zu erklären.
Nun mal eine hypothetische Frage.
Wenn jetzt Aliens vorbeikommen und unsen Planeten betrachten und sich sagen, die armen Menschen leiden ja unter einer so dünnen Atmosphäre, wir schenken denen mal etwas Luft.
Gesagt, getan Dank überragender Technologie verdoppeln die Aliens einfach mal die Masse unserer Atmosphäre.
Was geschieht dann?
2 bar Luftdruck auf Erdgleiche?
Verschiebt sich die Grenzschicht nach oben und bleibt es bei den 6,5°C/Km Temperaturgefälle und wie hoch wäre dann die globale Mitteltemperatur?
MfG
Heinz Eng
Lieber Herr Heller,
danke für die Info. Ich werde sie sorgfältig lesen. Nur eines vorweg, nimmt man all die Vereinfachungen, die Sie nutzen als real und richtig hin (Was ich nicht tue, aber das wissen Sie ja) , dann ist das die beste Erklärung des THE die ich bisher gelesen habe. Ich halte die Atmosphäre wie Thieme für einen Wärmespeicher und komme gut ohne THE aus.
mfG
M.L.
Hallo Herr Eng,
Ich auch. Und die meisten gingen schief…
Ja. Wenn wir die Zusammensetzung der Atmosphäre als konstant ansehen, verdoppeln ihre Aliens ja auch die Menge an Treibhausgasen. Die Troposphäre wird damit noch undurchsichtiger für IR-Strahlung bzw. die Transparenz wird erst in einer größeren Höhe erreicht.
Ja. Dieser Gradient hängt von der Schwerebeschleunigung der Erde und den Materialeigenschaften ab (von der Wärmekapazität der Luft). Wenn die Aliens beides nicht ändern, bleibt es dabei.
Keine Ahnung. Mit der obigen Darstellung des Prinzips kann man nicht ausrechnen, wie hoch dann die “Grenzschicht” ist, ab der die Troposphäre IR-durchsichtig wird. Und ich bin jetzt zu faul, um das selbst zu versuchen. Ich befürchte nämlich, daß dies nicht trivial ist und müßte mich in die entsprechende Physik erst einarbeiten.
Werter Herr Heller,
das ist bisher der beste Ansatz eines Erklärungs-Versuches des so genannten “Treibhaus-Effektes der Atmosphäre”.
Ich persönlich halte den Begriff für völlig deplatziert. Ich bevorzugte den Begriff “thermodynamischen Atmosphäreneffekt” oder “atmosphärischen Wärmeeffekt”.
Aber zur Modell-Darstellung Ihre Erklärung. Sie betrachten ein ideales Gas – gut.
Dann bemühte ich mal die “Kinetische Theorie der Gase”. Aus der Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung ergibt sich eine geringe Zahl langsamer bzw. schneller Moleküle und eine größere Zahl mittelschneller Teilchen (laut Glockenkurve).
Die Verweildauer bei Anregung durch Infrarot (Vibrationsanregung) beträgt bei CO2 ca. 10^-5 – 10^-4 Sekunden. Die Verweildauer der durch Infrarot im Vibrationszustand angeregten Elektronen des CO2 beträgt bei Strahlungsabsorption also rund 1 x 10^-6 Sekunden, bevor sie wieder die absorbierte Strahlung emittieren können.
Vergleicht man nun die Zusammenstoßwahrscheinlichkeit für CO2 und die sich daraus ergebenen Zeiten in verschiedenen Höhen der Atmosphäre mit der Verweildauer der angeregten Elektronen des CO2 im angeregten Vibrationszustand, so wird man folgendes feststellen:
1. 0,001 – 5000m : sehr viel Kollision (1000-mal wahrscheinlicher), sehr wenig Emission
2. 5000 – 8000m : viel Kollision (350-mal wahrscheinlicher), wenig Emission
3. 8000 – 12000m : wenig Kollision, viel Emission (100-mal wahrscheinlicher)
Oder etwas anders formuliert: Es ist bis zu einer Höhe von 10 km wahrscheinlicher, dass ein angeregtes CO2-Moleküle seine Energie durch Stoss mit einem anderen Molekül (Stoßdeaktvierung) abgibt, als die Emission der Energie durch Strahlung.
Was man mit Planck berechnet, sind also die wenigen ganz langsamen unten und mehr oberhalb 10 km Höhe. Man erfasst also mit der Planckschen Gleichung (oder Stefan-Boltzmann) den Hauptteil der CO2-Moleküle gar nicht, weshalb die Gleichung nicht anwendbar ist und unterhalb 10 km falsche Ergebnisse liefert.
Lieber Herr Kinder,
Es ist genau umgekehrt.
Damit man die Planck’sche Strahlungsformel für die spezifische Austrahlung eines Atmosphärenvolumens verwenden darf, müssen die Bedingungen s „Lokales Thermodynamisches Gleichgewicht“ herrschen. Das heißt innerhalb des Gasvolumens sind die zu betrachtenden Energiezustände gemäß der Boltzmannverteilung besetzt. Diese Bedingung gilt gerade für die Troposphäre und Infrarotwellenlängen > 3 µm besonders gut und wird durch Stöße eingestellt. Im thermischen Infrarot > 3µm beträgt die natürliche Lebensdauer der angeregten Schwingungszustände zwischen 0.1-1 Sekunde. Die Zeit zwischen zwei Stößen ist bei Atmosphärendruck und 270 K zum Beispiel in der Größenordnung 10E-5 Sekunden.
Unter diesen Bedingungen darf man dann die spezifische spektrale Ausstrahlung eines Atmosphärenvolumens als Produkt aus Emissionsgrad und Planckfunktion beschreiben. Der Emissionsgrad ist eine Materialeigenschaft und hängt von der Zusammensetzung der Atmosphäre ab. Ändert sich die Zusammensetzung der Atmosphäre ändert sich die spezifische spektrale Ausstrahlung der Atmosphäre über den Emissionsgrad. Das CO2 ändert den Emissionsgrad eines Atmosphärenvolumens. Die Temperatur und die Wellenlänge bestimmen den Wert der Planckfunktion.
Die mikroskopische Emission eines Photons darf man nicht mit dem makroskopischen Emissionsgrad eines festen oder flüssigen Körpers oder eines ausgedehnten Atmosphärenvolumens verwechseln.
Dürfte man die Planckfunktion in der Troposphäre nicht verwenden täten sich Infrarotthermometer und Wärmebildkameras einigermaßen schwer.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Ja, wenn man ein Gas in einem Kolben adiabatisch komprimiert, nicht aber im stationären Temperaturgradienten. Dort hat es seine Temperatur durch Wärmeleitung angeglichen. Der Gradient kommt durch Abstrahlung und Wärmeleitung zustande. Der Ansatz hat einen Denkfehler. Er stellt die Sache auf den Kopf. Das Schwerefeld trägt zum Gradienten über die Dichte bei, zugegeben. Sie verwechseln den Temparaturgradienten mit dem “Treibhauseffekt”, dem Effekt, daß die Atmosphäre für einige Frequenzen nicht durchsichtig ist. Aus der partiellen Undurchsichtigkeit folgt nicht zwangsläufig eine Erwärmung. Also ist “Treibhaus” physikalisch und sprachlich nicht in Ordnung. Das wird auf beiden Seiten des Wissenschaftskrieges nicht verstanden. Wo Absorption ist, da ist auch Emission. Jede Empfangsantenne hat die gleichen Eigenschaften als Sendeantenne. Das ist kein technischer Sachverhalt sondern ein philosophischer, er gilt fürs ganze Universum und sämtliches Inventar. Ohne “Treibhausgase” könnte die Atmosphäre nicht abstrahlen, also kühlen. Dieser Satz wird nun wieder die andere Seite der Krieger auf die Barrikaden locken.
Carsten
–
“Die UNO ist ein Sauhaufen”
Peter Scholl-Latour
Lieber Herr Thumulla,
der planetare „Treibhauseffekt“ ist ein Temperaturgradient mit der Eigenschaft, dass die Oberflächentemperatur größer ist als die effektive Strahlungstemperatur des jeweiligen Planeten. Das ist für terrestrische Planeten eine experimentelle Beobachtung. Die wird nun mal so genannt.
Ein adiabatischer Temperaturgradient ist auch mit einer total transparenten Atmosphäre möglich, aber dann ist die Oberflächentemperatur gleich der effektiven Strahlungstemperatur, da der Emisssionsgrad der Atmosphäre dann per Definition (Transparenz) Null ist und der Treibhauseffekt als Folge per Definition Null wird. Existiert ein Temperatur- und Dichtegradient, und liegen die Drücke im Bereich größer 10 Pa oder so, dann führt eine partielle Undurchsichtigkeit der Atmosphäre dazu, dass die Oberflächentemperatur im Zusammenspiel mit der Sonne größer als die effektive Strahlungstemperatur werden kann. Meine Betonung liegt auf „kann“, da die Undurchsichtigkeit im richtigen Wellenlängenbereich liegen muss.
Was genau passiert hängt vom genauen Aufbau und der genauen Zusammensetzung der Atmosphäre ab. Sie kennen ja vielleicht die Befürchtung vom nuklearen Winter. Auch das ist prinzipiell möglich.
Schaltet man die Sonne ab wird’s auch nicht wärmer.
Deshalb ist die Frage eigentlich nicht, ob der planetare „Treibhauseffekt“ qualitativ existiert oder nicht. Er ist ja experimentell beobachtet. Wir leben darin.
Die Diskussion geht eigentlich immer nur über Details im physikalischen Denkmodell das gerade vom Diskutanten verwendet wird. Mit keinem dieser einfachen Denkmodelle kann man aber quantitativ eine belastbare Aussage darüber bekommen, um wie viel Kelvin sich die globale Mitteltemperatur der Erde bei Verdopplung von CO2 erhöht.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
@Carsten Thumulla 6. Februar 2010 10:24
Dies gilt nicht für die selektive Strahlung der Gase. Das Verhältnis von Absorption und Emission ist von Dichte und Volumenanteilen abhängig. Dies ist doch im Artikel ausführlich beschrieben.
Aber auch die Umwandlung von Energie in Festkörpern und Flüssigkeiten kann dieses Verhältnis beeinflussen (Fotoelektrischer Effekt, induzierte Emission [Laser] …), hier liegt kein Gleichgewichtszustand vor.
Bei Antennenstrahlern wird bei optimaler Anpassung 50% der Energie abgestrahlt, im Empfangsfall 50% an den Empfänger weitergegeben, das ist korrekt, hat aber damit wenig zu tun.
Hallo Herr Heß!
Das ist ja das sprachliche Problem hier. Bei transparenter Atmosphäre hätten wir nicht das, was Treibhauseffekt genannt wird. Eine transparente Atmosphäre kann nicht abstrahlen. Der Effekt ist, daß die Atmosphäre Strahlung aufnimmt und abgibt. “Treibhaus” suggeriert Wärme und führt damit in die Irre. Es ist also den Treibhausgasen zu verdanken, daß wir einen Temperaturgradienten haben. Wenn die gesamte Atmosphäre 15°C hätte wäre es hier vielleicht nicht auszuhalten oder wir wären ganz anders gebaut.
@Wetterfrosch
Natürlich wird ein Schwarzes Loch nicht zur Sonne, ich meinte nur einfache Systeme. Dipolmoleküle wie CO2 strahlen die gleichen Frequenzen ab, wie sie aufnehmen.
Gruß
Carsten
–
“Sind 2,5 Grad Celsius Erwärmung und 30 Zentimeter Erhöhung des Meeresspiegels wirklich das Problem? Wird dies die Menschheit wirklich bedrohen? Braucht man die Menschheit wirklich vor diesen Folgen zu retten? Darauf würde ich antworten: Nein. Die Menschheit ist anpassungsfähig. In der Vergangenheit ist die Menschheit mehrmals mit solchen Veränderungen fertig geworden.”
Václav Klaus
Lieber Herr Thumalla,
Na Ja, der planetare „Treibhauseffekt“ ist zunächst eine Beobachtung. Es ist die Beobachtung, dass terrestrische Planeten eine höhere Oberflächentemperatur haben, als es ihrer effektiven Strahlungstemperatur entspricht. Und eben auch so definiert. Diese Beobachtung wird als „planetarer Treibhauseffekt“ bezeichnet. Das ist jetzt eine Definition, eine Beobachtung mit einer Bezeichnung und wie immer mit der Namensgebung ist sie vielleicht nicht treffend. Na und.
Meine Definition ist aus Bergmann, Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik Band VII Erde und Planeten S. 346.
Nehmen sie bitte nicht irgendeine Definition als Diskussionsgrundlage.
Diese Beobachtung wird qualitativ erklärt durch einen Temperaturgradienten plus eine semitransparente Atmosphäre plus konstante Einstrahlung durch die Sonne. Diese drei Ingredienzien können sie nicht trennen. Die semitransparente Atmosphäre muss auch noch die richtigen optischen Eigenschaften haben.
Optische Eigenschaften also Treibhausgase oder wolken etc. alleine, Temperaturgradient alleine , oder Sonne alleine erzeugen nicht den Treibhauseffekt.
Sie schreiben:
„Aus der partiellen Undurchsichtigkeit folgt nicht zwangsläufig eine Erwärmung.“ Sie verwechseln den Temparaturgradienten mit dem “Treibhauseffekt”, dem Effekt, daß die Atmosphäre für einige Frequenzen nicht durchsichtig ist.“
Ihre Beschreibung des Treibhauseffektes ist unvollständig und entspricht nicht der obigen Definition. Wo haben sie ihre Beschreibung denn her? Aus welchem Buch?
Das verwechselt Herr Heller eben nicht, denn ihre Beschreibung beschreibt nicht den planetaren „Treibhauseffekt“. Herrn Hellers Beschreibung hat aber alle notwendigen Ingredienzien und beschreibt den planetaren „Treibhauseffekt“. Das im Internet und in der Literatur viele unvollständige Beschreibungen kursieren, dafür kann Herr Heller nichts.
Aber sie können selbstverständlich ein Gedankenexperiment mit einer transparenten Atmosphäre machen, nehmen sie einen planetaren Körper, schalten sie die Gravitation aus, machen sie eine isotherme transparente Atmosphäre bei 3 Kelvin darum mit der gleichen Temperatur wie der planetare Körper, schalten sie jetzt die Sonne und die Gravitation parallel ein und überlegen welche Oberflächentemperatur sie bekommen und welche Temperatur- und Dichteverteilung sich in der Atmosphäre einstellt.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Hallo Herr Heß,
Da habe ich wohl gepfuscht. Ich habe nicht nachgesehen, ob es eine Definition gibt. Darauf wäre ich im Traum nicht gekommen. Es gibt Erklärungen zum Treibhauseffekt. Daß es jetzt auch Definitionen gibt macht mich richtig fertig. Seit wann kann man Effekte definieren? Können wir im nächsten Schritt auch Paradoxa definieren? Faß! Krone! Gesicht! Ein Effekt ist ein Effekt. Eine Definition ist eine Definition. Ein Paradoxon ist ein Paradoxon.
Gruß
Carsten
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Es wurde schon alles gekocht, nur noch nicht von jedem
Lieber Herr Thumalla,
man macht eine Beobachtung – erläutert einen Effekt – und benennt die Beobachtung -den Effekt – mit einem Namen.
Damit ist der Name definiert, er steht synonym für die Beobachtung oder den Effekt.
Sie können selbstverständlich den Namen Treibhauseffekt auch für andere Beobachtung/Effekt verwenden. In einer wissenschaftlichen Diskussion muss aber jeder Begriff oder Name definiert sein, sonst macht die Diskussion keinen Sinn.
Ich wollte nur darauf hinweisen, dass sie meiner Meinung nach eine andere Definition verwenden als Herr Heller und war neugierig, wo Sie ihre Definition des Begriffes Treibhauseffekt her haben, vielleicht ist ja meine Definition falsch. Wo ich meine Definition bekommen habe, habe ich Ihnen gesagt.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Hallo Herr Heß!
Stimmt, ich hatte sowas im Sinne:
http://de.wikipedia.org/wiki/Treibhauseffekt#Atmosph.C3.A4rischer_Treibhauseffekt
Wenn ein Planet eine höhere Oberflächentemeratur hat als Strahlungstemperatur aus der Atmosphäre, dann enthält die Atmosphäre strahlungsaktive Gase. Das ist aber eine völlig andere Sache als der auf Strahlungsstreuung beruhende “Treibhauseffekt”. Ich halte auch von der Bezeichnung nichts. Sie ist physikalisch unbrauchbar und nichtssagend und sprachlich irreführend.
Gruß
Carsten
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http://www.zeno.org/Literatur/I/bwe1027a
Lieber Herr Thumulla,
da machen Sie in der Tat ein Fass auf. Ich verwende deshalb eigentlich nie eine Wikipedia-Definition als Ausgangspunkt einer wissenschaftlichen Diskussion. Ich bin einfach davon ausgegangen, dass Herr Heller das auch nicht tut. Meine Empfehlung ist deshalb die Definition aus dem Bergmann Schaefer. Schlechte Namen gibt es in der Physik oft.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Hallo Herr Heß,
ok, wikipedia ist mit Vorsicht zu genießen. Aber wenn der Planet ohne Atmosphäre oder mit durchsichtiger Atmosphäre -18°C hat, dann muß der Unterschied schon von einem Zurückhalten der Energie kommen. Der Artikel versucht, die 15°C aus dem Temperaturgradienten herzuleiten und stellt die eigentliche Fragestellung damit auf den Kopf. Die Frage ist aber, woher kommt der Gradient. Wenn die Strahlungstemperatur an der Obergrenze des Planeten -18°C beträgt und die Oberflächentemperatur 15°C, dann steckt der Rest im Filter, der Atmosphäre. Die Differenz kann nur von einfallender und ausfallender Strahlung kommen. Das ist die Wirkung der strahlungsaktiven Gase. Das wäre der Effekt.
Gruß
Carsten
–
[Klima]
“Wir haben keine Ahnung aber wir wollen was tun — und dazu wolln wir viel Geld von den Bürgern haben!”
VMS-Greis
Herr Heß, ich bewundere Ihr Durchhaltevermögen, auch in der Diskussion bei EIKE.
Herr Thumulla, Sie verwechseln (wie so viele) Ursache und Wirkung und drehen sich im Kreis.
Der Temperaturgradient existiert, weil die Erde über ein Gravitationsfeld verfügt. Er existiert grundsätzlich, ob nun Treibhausgase in der Atmosphäre vorhanden sind, oder nicht. Sein Ausmaß hängt von der Schwerebeschleunigung ab und von den Materialeigenschaften (der Wärmekapazität) der Lufthülle. Das hat mit Strahlung erstmal nichts zu tun.
Gäbe es keine Treibhausgase in der Troposphäre, so wäre die effektive Strahlungstemperatur der Erdoberfläche -18°. In 5 Kilometern Höhe wäre es entsprechend kälter. Wohl nicht 33° kälter, sondern noch mehr (denn durch die Entfernung von insbesondere Wasserdampf aus der Atmosphäre haben wir die Wärmekapazität geändert).
Am einfachsten ist es, wenn Sie sich die Herleitung der barometrischen Höhenformel anschauen. Im Falle einer adiabatischen Atmosphäre aus idealen Gasen ergibt sich der lineare Temperaturverlauf (also ein konstanter Temperaturgradient) ganz zwanglos aus den klassischen Gasgesetzen. Ich verweise hier in Ermangelung einer anderen Quelle auf die Wikipedia.
Sie haben also in jeder Atmosphäre, die sich entsprechend beschreiben läßt, einen solchen Temperaturgradienten.
Wenn Sie nun die Treibhausgase hinzuaddieren, stellt sich natürlich die Frage, ob die Annahme vollkommen adiabatischer Zustandsänderungen noch zulässig ist. Aber das geht weit über den Fokus des obigen Textes hinaus. Es geht hier nur um das Prinzip, nicht darum, ein Modell zu erstellen, mit dem man etwas ausrechnen kann. Wenn Sie die Treibhausgase also hinzuaddieren, dann ändert sich nichts am Vorhandensein eines solchen Temperaturgradienten. Er mag eine andere Größenordnung haben (die Wärmekapazität ändert sich), aber kann bspw. für die Höhen, von denen wir hier sprechen, immer noch angenähert als konstant aufgefaßt werden (das kann man messen).
Es hilft vielleicht doch, wenn man sich in die Situation des extraterrestrischen Astronomen versetzt. Dieser bestimmt die effektive Strahlungstemperatur der Erde zu -18°. Dies wäre nur dann die Temperatur am Erdboden, wenn es keine Treibhausgase in der Atmosphäre gäbe. In der Realität ist es eben die Temperatur der Atmosphärenschicht, aus der die Abstrahlung der Erde in den Weltraum erfolgt.
Wenn Sie zwischen diese Schicht und den Erdboden eine mehrere Kilometer hohe Luftsäule legen, dann ist es nun einmal am Boden wärmer. Einfach, weil die Luftsäule einen Druck ausübt, jedes Volumen innerhalb der Säule übt einen Druck auf das darunterliegende aus.
Es geht hier auch nicht darum, in das Katastrophengeheul der anderen Seite einzustimmen. Ich bemängele oft, daß wir Skeptiker in der Öffentlichkeit nicht ernstgenommen, sondern als wissenschaftsferne Spinner diffamiert werden. Das ärgert mich. Um aber zu zeigen, daß diese Herabwürdigung falsch ist, müssen wir zunächst einmal verstehen (wollen), was die andere Seite denn denkt, und warum. Wir müssen also den Willen aufbringen, zu begreifen, warum denn so viele (eigentlich alle) Wissenschaftler von der Existenz eines Treibhauseffektes überzeugt sind und was genau sie darunter verstehen. Auch dazu dient der obige Text. Wenn man also nun auch diese, wirklich stark simplifizierte Darstellung für Unfug hält, ok, aber dann sollte man das zumindest als eine Erklärung dessen akzeptieren, was denn in der Klimaforschung unter “Treibhauseffekt der Atmosphäre” verstanden wird. Ob man nun findet, daß die Bezeichnung den Effekt richtig charakterisiert, oder nicht, ist dabei von der inhaltlichen Erläuterung zu trennen.
Lieber Herr Thumulla,
Herr Heller hat das im Artikel gesagt und ich oben in meinem Kommentar.
Sie brauchen Beides für die Erklärung. Einen Temperaturgradienten und die infrarotaktiven Gase. Es ist ein Wechselspiel. Das in der Erklärung zu trennen führt zur Verwirrung. Der Gradient kommt durch die Schwerkraft und durch die Zirkulation zustande, wie es Herr Heller und Herr Ebel erklärt haben.
Auf einem hypothetischen Planeten ohne Temperaturgradient in der Atmosphäre halten die Treibhausgase keine Energie zurück. Die Oberfläche kann dann keine höhere Temperatur haben, als es die eingestrahlte Energie der Sonne vorgibt und das wäre die effektive Strahlungstemperatur.
Die komplette Erklärung braucht das Wechselspiel und die Randbedingungen. Der Temperaturgradient gehört dazu.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Lieber Herr Heller,
das Durchhaltevermögen liegt daran, dass ich „Skeptiker“ mag. Ich meine damit Menschen die nicht einfach glauben, sondern ihre eigenen Schlüsse ziehen. Diese Schlüsse mögen manchmal falsch sein, aber das geht mir und allen Menschen so. Gerade das ist ja der Kern der naturwissenschaft, immer wieder über Dinge zu diskutieren und nachzudenken, auch wenn man schon überzeugt ist richtig zu liegen.
Gerade dann sollte der Naturwissenschaftler über seine Schlussfolgerungen nachdenken. Deshalb ist mir die Mainstream-Klimaforschungs-Politiker um das IPCC gerade suspekt, weil Sie den Eindruck vermitteln, sie wüssten schon alles über unsere Erde und man bräuchte über den quantitativen Anteil des CO2 an der Erderwärmung nicht mehr nachzudenken. Ein Argument das den qualitativen Effekt widerlegt und meiner Untersuchung standgehalten hat , habe ich allerdings noch nicht gehört. Diese Argumente waren meiner Meinung nach bisher immer physikalisch falsch.Aber ich kann ja falsch liegen.
Eine Bestimmungsmethode die wissenschaftlich klar zeigt, welchen Anteil das CO2 an der Erderwärmung im 20. Jahrhundert hatte, habe ich noch nicht gelesen. Die bisherigen Paper die ich gelesen habe und der IPCC Bericht überzeugten mich bisher nicht.
Deshalb finde ich es wie sie schade, dass die physikalisch falschen qualitativen Argumente gegen den „Treibhauseffekt“, den Blick von der schwachen quantitativen wissenschaftlichen Basis ablenken.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Hallo Herr Heller, hallo Herr Heß,
dann habe ich den Artikel beim ersten Lesen doch richtig verstanden. Aber der Satz “Wenn man nun ein Gas verdichtet, steigt seine Temperatur.” hat mich aus den Latschen geworfen. Mir war nicht klar, daß im thermischen Gleichgewicht im Schwerefeld ein Temperaturgradient existiert und sah den Satz als auf adiabatische Kompression bezogen, was den Artikel dann entwertete.
Wenn sich die 6,5°C auf 1000m vollständig aus der Schwerkraft erklären ist kaum Raum für einen “Treibhauseffekt durch strahlungsaktive Gase”.
Sprachlich ist das alles eine Katastrophe und ich brauche mich nicht mehr über Mißverständnisse zu wundern. Man sollte dann auf jeden Fall die Worte “planetarer Treibhauseffekt” verwenden und niemals das Wort planetarer aus Faulheit weglassen. Atmosphäreneffekt wäre sicher besser und eine Anpassung auf Treibhauseffekt ist schon wegen dem fehlenden planetarer kontraindiziert! Das Wort Treibhaus sollte man generell meiden.
Weiterhin ist eine Definition eine selbst gesetzte Voraussetzung. Einen Effekt beschreibt man, man definiert ihn nicht — naja, lassen wir das.
Ich lese seit Climategate solche Artikel weil ich wissen will, was los ist. Dieser Aspekt ist mir bisher entgangen. Die Differenz von 33°C wird sonst auf “Treibhauseffekt durch Zurückhalten von Strahlungsanteilen” erklärt. Das geht auf Arrhenius zurück.
Na dann, vielen Dank und Tschüß und regen Sie sich bitte nicht über meine Signatur auf.
Gruß
Carsten Thumulla
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“Der Klimawandel ist ein dramatisches, aber lösbares Problem. Seine Bewältigung ist eine Feuertaufe für die im Entstehen begriffene Weltgesellschaft.“
Stefan Rahmstorf, Hans-Joachim Schellnhuber
Lieber Herr Thumulla,
ein kleiner Hinweis noch:
Das ist jetzt ein Beispiel:
mit den “Treibhausgasen” haben wir zum Beispiel in 5 Km Höhe 255 K und am Erdboden 288K
ohne “Treibhausgase” hätten wir in 5Km Höhe 205K und am Erdboden 255K . Da der trockenadiabatische Gradient etwa 10°C/Km beträgt. Die effektive Strahlungstemperatur ist in beiden Fällen 255K. Im ersten Fall ist die Emissionshöhe bei 5 km, das machen die Treibhausgase, und im zweiten Fall am Erdboden.
Macht ja schon einen Unterschied.
Die Energie für die Erwärmung um 33°C kommt dann übrigens von der Sonne.
Welchen quantiativen Anteil jetzt das anthropogene CO2 hat ist meiner Meinung nach diskusionswürdig, da haben sie Recht. Aber die 33°C werden auch von den Treibhausgasen, insbesondere Wasser, mitbestimmt, aber Wolken und Aerosole spielen natürlich auch eine entscheidende Rolle.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Lieber Herr Thumulla,
Nun, werten Sie den Satz bitte als den Versuch, auch einem Handwerksmeister (den ich damit keineswegs geringschätzen will) das Prinzip zu verdeutlichen. Der Text oben richtet sich an fachliche Laien, an Leute, denen ich eben genau nicht mit der barometrischen Höhenformel, geschweige denn mit “adiabatischen Prozessen” kommen kann.
Ich räume unumwunden ein, daß genau diese Stelle ein Schwachpunkt im Text ist. Mir ist nichts “alltagstauglicheres” eingefallen als eben der Gedanke an die Luftpumpe. Ich bin für jede Idee dankbar, es erstens korrekter und zweitens noch allgemeinverständlicher wiederzugeben.
Hallo Herr Heller,
dieser wichtigste Teil des Artikels braucht noch etwas. Der Satz ist nur irreführend, wenn man an die Verdichtung einer Gasmenge denkt. Als alleinige Erklärung geht das nicht. Den darauf folgenden Absatz Energie habe ich schlampig überlesen mit dem Hintergedanken, Temperaturen würden sich ja ausgleichen. Es gleichen sich aber die Impulse aus, was ohne Gravitation zu gleichem Druck und gleicher Temperatur also gleicher Energieverteilung führt. Genau das muß klargestellt werden. Vielleicht sollten dort doch Formeln rein? Formelsalat kann auch für mathematisch weniger begabte Leser ansprechend zubereitet werden, durch Beispiele.
Versuch:
In einer abgeschlossenen Gasmenge stellt sich nach einiger Zeit überall ein gleicher Druck und eine gleiche Temperatur ein. Dies geschieht, weil sich die Gasmoleküle gegenseitig anstoßen und die Energie untereinander gleich verteilen. Diese Verteilung der Energie geschieht über eine Verteilung der Impulse. Moleküle stoßen zusammen und dabei geben Moleküle mit hohem Impuls Energie an Moleküle mit niedrigerem Impuls ab. Es stellt sich eine Verteilung der Impulse und damit der Energie ein. Diese ist an jeder Stelle gleich. Damit sind Druck und Temperatur in der Gasmenge überall gleich. Legt man an diese Gasmenge ein Gravitationsfeld an so wird diese Verteilung gestört. Dabei entsteht bekanntermaßen ein höherer Druck in Richtung der Schwerkraft. Es entsteht aber nicht nur ein Druckunterschied sondern auch ein Temperaturunterschied, der die Energie der Moleküle repräsentiert.
Ich erinnere mich ganz dunkel an eine Ableitug von Impulsen und Energie von Molekülen. Das ist lange her und ich weiß nicht wo ich suchen soll.
Gruß
Carsten Thumulla
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Zum anderen: Aktionismus. Sofort muß etwas geschehen, und da ist es fast egal, was. Irgendwas abschalten, verbieten oder strafbesteuern. Hauptsache schnell.
Ingo Menger
Hallo Herr Heß,
jetzt wollen Sie die Verwirrung komplettieren?!
Erfolgt die Abstrahlung in der Atmosphäre habe ich es mit strahlungsaktiven Anteilen im Gas zu tun. Das folgt nicht zwangsläufig aus “feuchtadiabatisch”. An dieser Stelle werden wieder zwei “Treibhauseffekte” miteinander verwurstelt oder ich habe es immer noch nicht verstanden. Die “feuchtadiabatische” Wirkung des Wassers muß man von seiner Strahlungsaktivität getrennt behandeln. Luft mit Wasserdampf hat andere Eigenschaften, ja, aber auch ohne Einstrahlung.
Also 33°K Differenz mit Wasserdampf und 50°K Differenz trocken.
Trenne ich jetzt in Gedanken die Stahlungswirkung des Wasserdampfes ab so erhalte ich:
255°K an der Erdoberfläche und 205°K oben trocken
255°K an der Erdoberfläche und 222°K oben feucht
Erst der Strahlungswiderstand der Atmosphäre verschiebt die 255°K nach oben und hinterläßt am Erdboden 288°K. Damit wären wir dann wieder beim Treibhauseffekt durch Strahlungswiderstand.
Gruß
Carsten Thumulla
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“Der Meeresspiegel entpuppt sich bei näherer Betrachtung immer mehr als eine rechnerische Krücke, unzulänglich und vor allem wenig aussagekräftig. Besonders, wenn er allein als Maßstab dienen soll. Oder wenn aus ihm Horrorszenarien abgeleitet werden…”
Professor Dr.-Ing. Winfried Siefert
Lieber Herr Thumulla,
der Temperaturgradient der Atmosphäre ist eine der notwendigen Randbedingungen oder Vorrausetzungen die erfüllt sein müssen, dass man den planetaren “Treibhauseffekt” beobachten kann. Gut durchmischte Treibhausgase sind eine andere Randbedingung oder Vorrausetzung, nicht unbedingt notwendig, da auch Aerosole oder passende Wolkentypen den Effekt bewirken könnten.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß