Plauderecke – Emission in der Troposphäre

23. November 2014 | Von | Kategorie: Blog

EmissionMehrfach schon konnte ich lesen, dass CO2 in der Troposphäre keine 15 µm Photonen emittiert und deshalb die Gegenstrahlung durch CO2 nicht existiert. Ich habe mir deshalb gedacht wir plaudern mal darüber, wenn jemand Lust hat. Wer also seine Gedanken teilen möchte, kann das hier tun.

Im folgenden stelle ich ein Gedankenexperiment vor, dass zeigt, dass die Behauptung: „CO2 emittiert in der Troposphäre nicht“,  falsch ist.

Stellen wir uns zwei Zylinder vor, im folgenden mit Links und Rechts bezeichnet, die mit trockener Atmosphärenluft gefüllt werden. Jeder der beiden Zylinder hat an der einen Stirnfläche ein ideales Fenster, welches Photonen aller Wellenlängen durchlässt, aber weder absorbiert noch Eigenstrahlung emittiert.

Wir denken uns die beiden Zylinder an Siemens Lufthaken im Vakuum so angeordnet, dass die beiden Fenster zueinander zeigen.

 

 

Beide Zylinder werden jeweils in ein Wärmebad eingebettet, das geheizt werden kann und ein Thermometer besitzt. Die Fenster der Zylinder bleiben frei.

Zwischen die beiden Zylinder bringen wir einen idealen Spiegel der die auftreffende Strahlung jeweils in den Zylinder zurückreflektiert. Zur Vereinfachung betrachten wir zunächst nur 15 µm Photonen.

Den linken Zylinder bringen wir nun in ein Wärmebad der Temperatur 290 K und füllen ihn mit 1 bar trockener Atmosphärenluft die 400 ppm CO2 enthält. Das entspricht der Troposphäre auf Meereshöhe. Wir nehmen nun als Gedankenexperiment an, dass in dem linken Zylinder gemäß Behauptung das CO2 keine 15 µm Photonen emittiert.

Bringen wir einen idealen gekühlten Detektor zwischen den linken Zylinder und Spiegel messen wir keine Photonen. Wir warten nun bis der Zylinder auf 290 K erwärmt ist.

Den rechten Zylinder bringen wir nun in ein Wärmebad der Temperatur 220 K und füllen ihn mit 50 mbar trockener Atmosphärenluft die 400 ppm CO2 enthält. Das entspricht der Stratosphäre in 20 km Höhe für die US1976 Standardatmosphäre. Wir nehmen nun als Gedankenexperiment an, dass in dem rechten Zylinder das CO2 15 µm Photonen emittiert.

Bringen wir einen idealen gekühlten Detektor zwischen den rechten Zylinder und Spiegel messen wir einen Photonenstrom von rechts nach links. Wir warten nun bis der Zylinder auf 220 K erwärmt ist.

Das Gesamtsystem wird jetzt isoliert und die jeweiligen Heizungen abgeschaltet.

Jetzt entfernen wir den Spiegel. Das bedeutet, dass ein Photonenstrom von rechts nach links einsetzt. Dieser Photonenstrom wird im linken Zylinder absorbiert. Da der linke Zylinder vorraussetzungsgemäß keine 15 µm Photonen emittiert, heizt er sich auf. Der rechte Zylinder aber kühlt sich ab. Das bedeutet aber wie man einfach sieht eine Verletzung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik.

Damit zeigt das Gedankenexperiment, dass die Behauptung: „CO2 emittiert in der Troposphäre nicht“, falsch ist.

Ähnliche Beiträge (Automatisch generiert):

Print Friendly

6 Kommentare
Hinterlasse einen Kommentar »

  1. Emission in der Troposphäre

    Natürlich ist dieses Modell, daß CO2 in der Troposphäre nicht emittiert, eine Verletzung der Physik:

    Betrachten wir nur die 15 mu-Wellenlänge und nehmen wir an, daß dort der Emissionskoeffizient ex wäre. Somit ist der Absorptionskoeffizient ebenfalls ex.

    Die abgestrahlte Leistung Pex ist aber proportional zu

    Pex prop ex*T^4

    Ergo strahlt der linke wärmere Zylinder auch mehr ab als der rechte kältere.
    Ob die Linie „dicht“ ist oder nicht, ist nicht relevant: Die Strahlung kommt dann wie bei einem Nebel aus dem oberflächennahen Bereich.

    Natürlich wird die empfangene Strahlung im Gas „thermalisiert“, was häufig als Argument gebraucht wird, daß nichts mehr abstrahlen kann, aber diese Thermalisierung erwärmt das empfangende Gas, und mit höherer Temperatur strahlt es wieder vermehrt ab — bis sich die Temperaturen in Ihrem Modell ausgeglichen haben und das ganze im wieder thermischen Gleichgewicht ist und beide gleich abstrahlen.

    Diejenigen, die die „Thermalisierung“ als Argument anführen, daß die empfangene Energie nicht wieder abgestrahlt werde, CO2 in der Troposphäre also nicht emittiere, betrachten nur den ersten Teil des Vorganges: Es ist wie Bömmels Physikstunde über „de Dampfmaschin“: „… dat eine Loch, da kömmt der Dampf erein, und dat andere Loch -- dat krieje mer später …“

    Beispiel für diesen Effekt im sichtbaren Wellenlängenbereich: Daß heiße Gase abstrahlen, auch wenn die Linie „dicht“ ist (was eigentlich nur bedeutet, daß die optische Tiefe klein gegenüber der Dicke der Gasschicht ist) sieht man an der Sonne. Auch die ist auf allen Wellenlängen „dicht“, und so strahlt sie wie ein schwarzer Körper, ausgenommen in den Wellenlängen, wo die darüberliegende i.w. durchsichtige Chromosphäre z.B. im Wasserstofflicht (H-alpha) die von unten kommende Strahlung absorbiert. Dort erscheint die Sonne in H-alpha dunkler und man sieht Filamente und Spikulen. Dieses Licht wird aber sofort wieder nach allen Seiten abgestrahlt, und das sieht dann man am Sonnenrand als Protuberanzen. Man braucht nur durch ein Sonnenteleskop zu schauen.

    MfG

    G.Wedekind

  2. Selbst wenn bei CO2 bei 15 µm durch abregende Stöße alles „Thermalisiert“ würde und es keine anregenden Stöße, oder Stoßemissionen gäbe, würden immer noch spontane Emissionen der verbleibenden, angeregten CO2-Moleküle bei 15 µm stattfinden. Das lässt sich leicht über die mittleren Lebensdauern der angeregten Zustände und die mittleren Stoßzeiten berechnen. Denn ein angeregtes CO2-Molekül kann auch sofort spontan emittieren und muss damit nicht 10^-4 sec. (mittlere Lebensdauer) oder 10^-9 sec. (mittlere Stoßzeit) warten.

    Mich erschreckt, dass das weder ein Herr Paul, noch eine Herr keks und Co. Verstehen.

    Selbst der Admin (vermutlich Herr Limburg) hatte mir gerade erst mitgeteilt, dass Quenching eine „relevante“ Rückstrahlung in der unteren Atmosphäre verhindert. Einfach nur peinlich.

    Herr Paul meint inzwischen CO2 und Ozon würden erst ab 40 km Höhe und darüber strahlen.

  3. @Krüger

    Ich denke man sollte nicht erschrecken, sondern zur Kenntnis nehmen, das das so ist.

  4. Lieber Herr Krüger,

    „Quenching“ verhindert statistisch gesehen die direkte Reemission aus dem angeregten Zustand der durch die Absorption eines Photons erzeugt wird. Das heißt nur ein sehr kleiner Teil der durch Absorption von Photonen angeregten Zustände geht durch Emission eines Photons wieder in den Grundzustand über. Der überwiegende Teil der angeregten Zustände wird in der Tat strahlungslos deaktiviert. Nichtsdestotrotz bleibt eine endliche Emissionswahrscheinlichkeit aus den angeregten Zuständen deren Besetzungszahl aus dem Boltzmannfaktor (Exp(-E/kT) errechnet werden kann.
    Die Besetzungszahl liegt für 15 µm bei troposphärischen Temperaturen zwischen 1% und 3%. Das Prinzip der mikroskopischen Reversibilität und das Prinzip des detaillierten Gleichgewichtes erfordern eine endliche Emissionswahrscheinlichkeit aus diesen Zuständen. Zu behaupten die thermische Emission wäre Null widerspricht diesen Grundprinzipien. Mein makroskopisches Gedankenexperiment verdeutlicht dieses mikroskopische Bild.

    Grüße
    Günter Heß

  5. Der Sachverhalt ist zwar nicht ganz trivial, aber m.E. unstrittig. Nur ignoranten oder Menschen mit eingeschränktem Verständnis können hier anderes behaupten.

    Zum Thema Thermalisierung: in einem relativ kaltem Gas ist die Emission gering, aber niemals null. Bei einer Einstrahlung absorptionsfähiger Frequenzen werden diese absorbiert und teilweise thermalisiert, und zwar bis sich ein Gleichgewicht zwischen der Einstrahlung nd der Abstrahlung eingestellt hat. Letztere steigt mit der Temperatur. Bei der entsprechenden Gleichgewichtstempertur findet statistisch keine weitere Thermalisierung statt.

  6. Du kotenmmierst mit Deinem WordPress.com-Konto. ( / ) Du kotenmmierst mit Deinem Twitter-Konto. ( / ) Du kotenmmierst mit Deinem Facebook-Konto. ( / )Verbinde mit %sjQuery(document).ready(function(){var input = document.createElement( ‚input‘ ), comment = jQuery( ‚#comment‘ );if ( ‚placeholder‘ in input ) {comment.attr( ‚placeholder‘, jQuery( ‚.comment-textarea label‘ ).remove().text() );}// Expando Mode: start small, then auto-resize on first click + text lengthjQuery( ‚#comment-form-identity‘ ).hide();jQuery( ‚#comment-form-subscribe‘ ).hide();jQuery( ‚#commentform .form-submit‘ ).hide();comment.css( { ‚height‘:’10px‘ } ).one( ‚focus‘, function() {var timer = setInterval( HighlanderComments.resizeCallback, 10 )jQuery( this ).animate( { ‚height‘: HighlanderComments.initialHeight } ).delay( 100 ).queue( function(n) { clearInterval( timer ); HighlanderComments.resizeCallback(); n(); } );jQuery( ‚#comment-form-identity‘ ).slideDown();jQuery( ‚#comment-form-subscribe‘ ).slideDown();jQuery( ‚#commentform .form-submit‘ ).slideDown();});}); Benachrichtigung bei weiteren Kommentaren per E-Mail senden. Informiere mich fcber neue Beitre4ge per E-Mail.Suche nach:Aktuelle Beitre4geArchivKategorienBlogroll ulrike schmidmail@ulrike-schmid.de

Schreibe einen Kommentar