Aus diesem Grunde haben wir den Versuch unternommen, den Treibhauseffekt nach dem heutigen fachlichen Stand komprimiert und verständlich zu erklären. Leider hat sich dafür ein wenig Physik und Mathematik als unabdingbar erwiesen. Wir bitten hierfür um Entschuldigung. Der Berichtstext ist wegen besserer Lesbarkeit der Formeln im angefügten pdf-Dokument enthalten.
Die Autoren
Prof. Dr. Horst-Joachim Lüdecke (EIKE-Pressesprecher)
Dr. Rainer Link (EIKE)
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Wenn die Eingangsgrößen nicht stimmen, muss man sich mit einem FEM-Modell nicht weiter befassen.
Dann hat sich alles erledigt!
Asche über mein Haupt,
ich habe mich vor lauter Aufregung bei der arithmetischen Mitteltemperatur des Mondes verrechnet. Diese beträgt natürlich 250K (-23°C).
… der Mond ist heiß
Gerechnete Werte mit einer Solarkonstante von 1368K
Schwarzer Körper ohne Albedo
höchste Temperatur: 394K (+121°C)
mittlere Strahlungstemp. Tagseite: 331K (+58°C)
mittlere Strahlungstemp. Nachtseite: 3K (-270°C)
mittlere Strahlungstemp. gesamt: 278K (+5°C)
tiefste Temperatur: 3K (-270°C)
Schwarzer Körper mit Albedo von 0,11
höchste Temperatur: 383K (+110°C)
mittlere Strahlungstemp. Tagseite: 322K (+49°C)
mittlere Strahlungstemp. Nachtseite: 3K (-270°C)
mittlere Strahlungstemp. gesamt: 271K (-2°C)
tiefste Temperatur: 3K (-270°C)
Meßwerte bzw. aus Meßwerten abgeleitete Werte des realen Mondes
höchste Temperatur: 396K (+123°C)
mittlere Temperatur Tagseite: 380K (+107°C)
mittlere Temperatur Nachtseite: 120K (-153°C)
mittlere Strahlungstemp. gesamt: 320K (+47°C)
arithmetische Mitteltemp.: 225K (-48°C)
tiefste Temperatur: 40K (-233°C)
Der einzige passende Wert, der im Rahmen der Meß- und Rechengenauigkeit stimmt, ist die Höchsttemperatur, wobei diese aber nur für den schwarzen Körper ohne Albedo gilt.
Der Mond ist mein Zeuge …
… lautet die zugegebenermaßen etwas reißerische Kopfzeile dieses Forumbeitrags. Ich habe sorgfältig mehrere Quellen mit Angaben zu gemessenen Mondtemperaturen durchforstet und miteinander verglichen. Hier die wesentlichen Quellen:
Mondkurzdarstellung der NASA
http://tinyurl.com/lnva8z
Die aktuelle Monderkundung durch die NASA
http://tinyurl.com/6ggh7z
und das zur thermografischen Kartographierung verwendete Diviner Instrument
http://diviner.ucla.edu/
Eine sehr informative, privat betriebene Webseite
http://tinyurl.com/7v69w
Mein ursprünglicher Einwand betraf die von mir aus eigenen Schlußfolgerungen angezweifelte Behauptung, dass die atmosphärenlose Erde eine Durchschnittstemperatur von 255K habe. Mit der gleichen zugrundeliegenden Methodik hat der Mond nach derzeitiger Meinung der etablierten Physik eine theoretische Strahlungsgleichgewichts-temperatur von ungefähr 271K (-2°C). Dieser Wert läßt sich meines Erachtens mit den real gemessenen Mondtemperaturen nicht in Einklang bringen. Ganz im Gegenteil deuten die Temperaturen sogar auf eine wesentlich höhere mittlere Strahlungs-temperatur hin als sie ein ideeller schwarzer Körper hätte.
Eine zusammenfassende Gegenüberstellung der theoretischen zu den gemessenen Werten folgt …
Der Mond ist mein Zeuge …
… lautet die zugegebenermaßen etwas reißerische Kopfzeile dieses Forumbeitrags. Ich habe sorgfältig mehrere Quellen mit Angaben zu gemessenen Mondtemperaturen durchforstet und miteinander verglichen. Hier die wesentlichen Quellen:
Mondkurzdarstellung der NASA
http://tinyurl.com/lnva8z
Die aktuelle Monderkundung durch die NASA
http://tinyurl.com/6ggh7z
und das zur thermografischen Kartographierung verwendete Diviner Instrument
http://diviner.ucla.edu/
Eine sehr informative, privat betriebene Webseite
http://tinyurl.com/7v69w
Mein ursprünglicher Einwand betraf die von mir aus eigenen Schlußfolgerungen angezweifelte Behauptung, dass die atmosphärenlose Erde eine Durchschnittstemperatur von 255K habe. Mit der gleichen zugrundeliegenden Methodik hat der Mond nach derzeitiger Meinung der etablierten Physik eine theoretische Strahlungsgleichgewichts-temperatur von ungefähr 271K (-2°C). Dieser Wert läßt sich meines Erachtens mit den real gemessenen Mondtemperaturen nicht in Einklang bringen. Ganz im Gegenteil deuten die Temperaturen sogar auf eine wesentlich höhere mittlere Strahlungstemperatur hin als sie ein ideeller schwarzer Körper hätte.
Eine zusammenfassende Gegenüberstellung der theoretischen zu den gemessenen Werten folgt noch …
#234:Baecker
immer noch ad hominem, immer noch hilflos,
immer noch falsch.
Wasser erwärmt nicht!
Vielen Dank für den Kommentar und den Link. Die in dem beschriebenen, sehr interessanten Verfahren gemessenen Temperaturen weichen deutlich von meiner optimistisch ausgeführten Abschätzung ab. Insbesondere liegt die bei Vollmond auf der Tagseite gemessene Durchschnittstemperatur mit 236K (-37°C) irritierend niedrig (ein schwarzer Körper hätte 331K). Sofern ich das im Link beschriebene Messverfahren inhaltlich richtig verstanden habe, handelt es sich dabei um ein integrierendes Verfahren, welches bei jedem Messvorgang letztlich einen momentanen Mitteltemperaturwert der Mondscheibe liefert. Das bedeutet die Messapparatur nimmt die Mondhalbkugel, wie jeder irdische Beobachter, nur als Scheibe wahr und ordnet dieser Scheibe eine Temperatur zu. Das führt mich zu der Frage: Wie komme ich rechnerisch von der mittleren Mondscheibentemperatur zu der tatsächlichen mittleren Temperatur der Mondhalbkugel? Dieses geometrische Rätsel hat mich sehr beschäftigt und erinnert mich ein wenig an den Versuch aus der Form eines Schattenwurfs auf die Gestalt des schattenwerfenden Objektes schließen zu wollen. Bisher konnte ich in nur einem einzigen Fall zu einer Lösung gelangen, nämlich dann, wenn die Oberfläche der Halbkugel an jedem Punkt die gleiche Temperatur besitzt. Sofern ich mich nicht beim Herleiten und Lösen des Integrals vertan habe, müßte dann die Strahlungsintensität der Scheibe zwei Drittel der Intensität dieser Halbkugel entsprechen. Um meine grundsätzlichen Überlegung zu validieren, wäre es schön eine real gemessene Scheibentemperatur eines Himmelskörpers zu haben, der diese Randbedingung erfüllt. Die Sonne sollte so ein Körper sein und deren Scheibentemperatur müßte dann ausgehend von 5780K Schalentemperatur ca. 5220K betragen. Kann das irgendjemand bestätigen oder habe ich mich jetzt hoffnungslos verrannt? Sofern mein Gedankengang prinzipiell richtig ist, bedeutet es zumindest, das die Scheibentemperatur von 213K bei Halbmond nicht 1:1 der tatsächlichen Mondtemperatur entspricht.
zu #227
Die mittlere Mondtemperatur aus nur 2 Stützwerten (Minimum und Maximum) herzuleiten halte ich ohne zusätzliche Annahmen zur Temperaturverteilung für eine gewagte Rechenaufgabe, der ich mich mal Stellen möchte. Zunächst sehe ich die 2 Temperaturen als Repräsentanten entsprechender Strahlungsintensitäten, aus denen ich mit Hilfe einer äquivalenten Betrachtung des Mondes als schwarzer Körper auf die mittlere Strahlungstemperatur (Bodentemperatur) zu schließen versuche. Der Mond befindet sich quasi im selben Abstand zur Sonne wie die Erde, also hätte er, wäre er ein schwarzer Körper, eine mittlere Oberflächentemperatur von 278K. Seine Höchsttemperatur auf der Tagseite betrüge 394K (121°C). Die komplette Nachtseite wäre dem 3K kalten Weltraum zugewandt und würde dessen Temperatur annehmen, also 3K (-270°C). Der arithmetische Mittelwert dieser beiden Extrema ergibt, wie man durch selberrechnen nachvollziehen kann, keine 278K, weshalb das arithmetische Mittel zur Bestimmung der mittleren Bodentemperatur auch nichts taugt. Allerdings gibt es einen Rechnenweg mit dem man aus diesen Extrema die 278K des schwarzen Körpers korrekt ermitteln kann und mit eben diesem Rechenweg versuche ich nun die mittlere Mondoberflächentemperatur auch am realen Mond zu schätzen. So erhalte ich 285K (+12°C) als die niedrigste Annahme für die mittlere Mondoberflächentemperatur. Es ist deshalb die niedrigste Temperaturvermutung weil ich bei dieser Betrachtung die Nachtseite als gleichmäßig -160°C kalt betrachte. Ich bin über dieses Ergebnis selbst erstaunt, liegt es doch zufällig ziemlich Nahe an den realen 288K der Erde. Bevor jetzt jemand kommt und sagt das sei alles völlig daneben, der möge Bedenken, daß der reale Mond auf der Tagseite verblüffenderweise eine um 9 Grad höhere Spitzentemperatur aufweist als ein äquivalenter schwarzer Körper und auf der Nachtseite sogar mindestens sagenhafte 110°C wärmer ist als ein entsprechend schwarzer Körper. Da erscheint es mir stimmig, daß meine geschätzte mittlere Mondtemperatur auch über der Mitteltemperatur des schwarzen Körpers liegt. Leider nennt Wikipedia nicht die Quelle für die vorgeblichen 218K Mondmitteltemperatur und so vermag ich nicht zu beurteilen ob dies ein rein rechnerischer Wert ist oder ob der Wert aus einer umfassenden satellitengestützten Temperaturmeßreihe gemittelt wurde und wenn ja, wie?
Paul,
blicken Sie durch Ihren Unsinn eigentlich selber noch durch?
Treibhausgase wie Wasserdampf bewirken eine bodennah hoehere Temperatur und oberhalb eine tiefere. Wassertropfen streuen das Licht und fuehren zu einer erhoehten Albedo. Soweit die physik.
#232: NicoBaecker sagt:“Lieber Paul, #230
Multipler Schwachsinn“
Das kann man nicht durchgehen lassen beckerlein, wer persönlich wird hat immer Probleme mit den Argumenten.
Also Sie beziehen den Vorwurf auf #230,
dann antworten Sie gefälligst auf #230 und wechseln Sie nicht das Tema, son bekommen Sie noch zusätzlich den Roten Hering (http://tinyurl.com/6cjxlq4)
Also, Sie wollen hartnäckig dabei bleiben, dass Wasser die Erdtemperatur erhöht?
Und der Beweis soll ein akademischer Titel sein???
Nun Baecker,
ich geb mir immer noch große Mühe mit Ihnen, obwohl Sie sehr unbeherrscht und unwillig geantwortet haben, also, haben Sie sich schon mal ein Foto der Erde aus dem Weltall angesehen,
unseren blauen Planet.
Und was denken Sie dabei, wenn Sie die vielen weißen Flecken sehen, die den Blick zur Erde versperren (Wolken)
Könnte man das nicht Albedo nennen?
Also bilanzmäßig ein Abkühleffekt???
Lieber Paul, #230
Multipler Schwachsinn. In den Lehrbüchern wie auch in Klimamodellen werden alle wichtigen Energieübertragungsprozesse in der Atmosphäre, Ozean, Kryosphäre und feste Erde behandelt. Dazu gehört die Konvektion, der Austausch latenter Wärme, die horizontalen Energieflüsse in Luft und Ozean, und eben die Strahlung. CO2 spielt dabei quantitativ nicht sich wichtigste Rolle, aber eben auch keine vernachlässigbare. Die Reduktion der Abstrahlung an der TAO um 30W/m2 bei 250 W/m2 quantifiziert diese Rolle. Und wenn Sie nun mit dem Spurengas-Argument kontern wollen, so laufen Sie definitiv auf Kindergartenniveau!
Außerdem ignorieren Sie meine Darstellung in http://tinyurl.com/6adeq8r. Dort habe ich die Energieflüsse quantifiziert. Kann ich Ihnen inzwischen aber nicht übel nehmen, Sie schämen sich eben, weil sie’s nicht verstehen und sich hier zu weit aus dem Fenster gelegt haben.
Am Tage erwärnmt sich nach Ihrem Paulschen Saharamodell die Sahara aufgrund des Überwiegens der Sonneneinstrahlung gegenüber der Wärmeabstrahlung. Wenn Sie über minimale mathematische Kenntnisse verfügen würden, sähen Sie dies auch an der Rechnung, die ich in #63 dort präsentierte.
„Freilich ist es meiner Aufmerksamkeit nicht entgangen, dass auch einige Klimaalarmisten das Wasser zum Treibhausgas dazurechhnen.
Das ist dann aber schlicht Quatsch, ja es gibt auch akademisch verbrämten Schwachsinn, wie kann man ein kühlendes Gas „Treibhausgas“ nennen.“
Sie werden es mir als Akademiker nachsehen, dass Sie sich mit diesem Satz aus dem Rennen um eine Diskussion auf akademischen Niveau kicken.
Denn mit so einem esoterischen Mumpitz hätten Sie zumindest in naturwissenschaftlich-techhnischen Disziplinen keinen Abschluß bekommen.
#229
NB, sehen Sie, welche Mühe ich mir mit Ihnen mache, bitte bei Ihrer „Mathematik“ die Atmosphäre (ohne Ihre „Treibhausgase“) und die Ozeane nicht unterschlagen! siehe #228
Ich weis nicht, in welchem Lehrbuch die Erde keine Atmosphäre wie der Mond haben soll.
zu #230
„Klimaalarmisten beschränkt sich ja auf das bischen CO2. “
nun, das war in der Tat etwas ungenau,
ich hätte schreiben sollen:
Die Klimaallarmisten beschränken sich auf den winzigen Anteil – man kann ihn äußerst schwierig berechnen – also den winzigen vom Menschen (antropogen) verursachten Anteil des winzigen Anteil 0,04% des Spurengases CO2, das trotz der geringen Menge essentiell für das Leben auf der Erde ist, da werden Sie mir als „Wissenschaftler“ sicher zustimmen, gut für die Erde, dass es etwas angestiegen ist.
Mit der Rolle des Wassers, sowohl im Ozean als auch in der Luft, sowohl flüssig, als auch als Eis oder gasförmig beschäftigen sich auch nornmale Wissenschaftler.
Und diese normalen Wissenschaftler sind sich einig, dass dieses Wasser natürlich einen kühlenden Effekt hat, dazu muss man eigentlich nicht unbedingt studiert haben. Ich empfehle dem Zweifler, einfach mal den nassen Finger in die Luft zu halten, dann kann man den Kühleffekt und die HORIZONTALE KONVEKTION, die Sie immer unterschlagen wollen, direkt fühlen.
Freilich ist es meiner Aufmerksamkeit nicht entgangen, dass auch einige Klimaalarmisten das Wasser zum Treibhausgas dazurechhnen.
Das ist dann aber schlicht Quatsch, ja es gibt auch akademisch verbrämten Schwachsinn, wie kann man ein kühlendes Gas „Treibhausgas“ nennen.
Das schaffewn nur solche Experten wie Sie, die meinen in der Sahara würde die Sonnenbesrahlung am Tag zur Abkühlung führen, wenn das Treibhausgas Wasser fehlen würde, obwohl die Luft dort heute schon knochentrocken ist und die Temperatur höher ist als am Äquator.
Das ist schlicht Kindergartenniveau, akademisch verbrämt.
#228: Dr.Paul Die Behauptung der
„Klimaalarmisten beschränkt sich ja auf das bischen CO2. “
Schwachsinn, gucken Sie in ein Lehrbuch, wenn Sie meine Beiträge oben schon ignorieren.
Ich habe unmissverständlich aufgelistet, welche Prozesse die Temperatur in Atmosphäre und oberflächennahe Schichten bestimmen, und dies ist nicht nur CO2 alleine!
#227
(130-160)/2 = -15
stimmt doch erstaunlich gut trotz der einfachen rechnung, wie kommen Sie auf -55?
#227
Hallo Statiker,
der Vergleich mit dem Mond ist gut.
Der Unterschied ist aber nicht das bischen CO2 (0,04%),
sondern riesige energiespeichernde Ozeane und eine Atmosphäre von einer Dicke, die schon vom Druck her über der Erde eine gewisse Temperatur bekommt.
Die Behauptung der Klimaalarmisten beschränkt sich ja auf das bischen CO2.
In den Ozeanen wird Wärme gespeichert und vertikal und HORIZONTAL verteilt (Meeresströmungen). Ebenso in der Athmosphäre KONVEKTION. Das verhindert sowohl ein so starkes Ansteigen der Temperatur am Tag, wie ohne Athmosphäre und Ozeane und natürlich eine entsprechend geringere Abkühlung nachts. Sowohl die horizontale Wärmeausbreitung als auch die FEHLENDE Abstrahlung der von der Erde erwärmten Atmosphäre erhöhen die Durchschnittstemperatur.
Also ganz vereinfacht ist die Erdatmosphäre OHNE STRAHLUNGSFÄHIGE TREIBHAUSGASE so etwas wie ein Wintermantel für die Erdoberfläche. Sie nimmt Wärme von der Erde (nicht von der Sonne) auf, kann sie aber in den Weltraum nicht abstrahlen.
Die „Treibhausgase“ insbesondere das Wasser haben dagegen einen in der Bilanz mehr kühlenden Effekt, denn sie strahlen in den Weltraum ab, nicht nur Rückstrahlung von der Erde sondern auch Sonnenlicht, das dann die Erde erst gar nicht erreicht, was jedes Kind versteht wenn sich Wolken vor die Sonne schieben.
Die Klimaallarmisten sind Schwindler.
Aus Wikipedia:
„Aufgrund der langsamen Rotation des Mondes und seiner nur äußerst dünnen Gashülle gibt es auf der Mondoberfläche zwischen der Tag- und der Nachtseite sehr große Temperaturunterschiede. Am Tag erreicht die Temperatur eine Höhe von bis zu etwa 130 °C und fällt in der Nacht bis auf etwa -160 °C ab. Als Durchschnittstemperatur ergeben sich 218 K = -55 °C.“
Wieso sollen sich dann für die Erde -18°C ohne Gashülle ergeben???
An die Autoren von „Der Treibhauseffekt, wie funktioniert er?“
Mein Posting #224 rief bisher leider keine Reaktionen hervor und ich sehe gerade, dass hier manchmal sogar die Autoren selbst mitlesen. Darum möchte ich nochmals meinen Einwand zu der auch in ihrer Treibhausdarstellung wiedergegebenen Behauptung, die Erde ohne Atmosphäre sei ein Eisplanet mit -18°C Bodentemperatur, vorbringen. Diese Behauptung findet sich merkwürdigerweise in allen mir bekannten Erklärungen zum Thema Treibhauseffekt. Eine atmosphärenlose Erde gedacht als schwarzer Strahler hätte eine Bodentemperatur von 278K, darüber dürfte Einigkeit bestehen. Die gern verwendeten 255K basieren auf einer unzulässigerweise verwendeten Schwarzkörperstrahlungsgleichung unter Hinzunahme einer Albedo von 30%, doch schwarze Körper besitzen definitionsgemäß keine Albedo. Opake Körper wie die Erde können aber durchaus als graue Körper aufgefasst werden, die dann unabhängig von ihrer Albedo die selbe Temperatur haben wie der ideale schwarze Körper, im Falle der Erde also 278K. Die gern zitierten 255K sind meinens Erachtens physikalisch unhaltbar.
Werte Autoren des Eingangsbeitrages
Zitat aus dem Eingangsdokument:
„Die dabei auf die Moleküle der Treibhausgase übertragene Energie verbleibt fast vollständig als Wärme in der Atmosphäre und trägt somit zu ihrer Temperaturerhöhung bei. Im Detail wird dabei die Schwingungsenergie eines angeregten
Teibhausgasmoleküls durch Stöße auf die Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle der Atmosphäre übertragen.“
Daran ist zu zweifeln. Die Molekularbewegungen im Inneren eines Moleküls, die nichts mit der repräsentierten Temperatur des Moleküls zu tun hat, und die Bewegung des Moleküls als Geasmtheit an sich, welche die Temperatur repräsentiert, sind zwei völlig verschiedene, energetische Systeme, die in keinem Zusammenhang stehen.
Der Mechanismus des Energieaustausches ist grundlegend unterschiedlich.
Molekularbewegung:quantisiert, zeitliche Zufallsverteilung des Auftretens der Quantabgabe, Energieaustausch nur über Quanten möglich, Abstrahlungsrichtung in alle Richtungen gleichwahrscheinlich.
Bewegung des Moleküls:kontinuierliche Energieabgabe, Energieaustausch durch Stoß
Vielleicht können die Autorem des Beitrages den Vorgang des Energieaustausches zwischen einem System das quantenmechanisch zu betrachten ist (Molekularschwingung) und einem System das mechanisch (Bewegung des Moleküls an sich) zu betrachten ist, etwas genauer erläutern. Der eingangs erwähnte Ablauf ist so nicht möglich. Die Gasmoleküle geben den absorbierten IR-Quant auch wieder als IR-Quant ab.
Mit freundlichen Grüßen
Holger Burowski
#213: Günter Heß sagt:
„Die meisten Literaturstellen machen es sich einfach und wählen als Albedo der Erde 0.3 und als Emissionsgrad 1“.
Mit der Wahl dieser Parameter begeht man meines Erachtens allerdings einen fundamentalen Fehler bei der Herleitung der theoretischen mittleren Oberflächentemperatur, denn wegen des Kirchhoffschen Gesetzes müssen die Albedo und der Emissionsgrad in Summe den Wert 1 ergeben. Welcher Körper auch immer eine Albedo von 0,3 und einen Emissionsgrad von 1 hätte, er befände sich nicht im Strahlungsgleichgewicht, was ja als Grundvorraussetzung zur Herleitung dienen soll. In der physikalischen Literatur existiert auch der Begriff des grauen Strahlers, der in der Beschreibung seines Strahlungsverhaltens unserer Erde eigentlich ziemlich gerecht wird. Es ist mir als physikalisch interessierter Laie völlig schleierhaft warum niemand den grauen Strahler für die Herleitung benutzen möchte. Jedenfalls führt der graue Strahler zum gleichen Rechenergebnis wie der perfekte schwarze Strahler, nämlich zu 278K!
Grauer Strahler siehe hier:
http://tinyurl.com/6zbgoj2
Lieber Herr UB,
Sie schreiben:
„Werden sie als Abstrahlungstemperatur gemessen (Satelliten) (oder mit der Stefan-Bolzmann-Gleichung berechnet), wie Sie das formulieren, dann frage ich mich, wieso eine Differenz aus der Oberflächentemperatur der Erde in 2m Höhe und der Strahlungstemperatur aus durchschnittlich 6000 m Höhe gebildet wird.“
Das liegt nur daran, dass die Temperatur in dieser Höhe die abgestrahlte Intensität der Erde parametrisiert. Es ist nur ein charakteristischer Parameter für das Erdsystem, der gemessen und berechnet werden kann. So wie der Wärmeübertragungskoeffizient. Man benutzt Parameter oder Koeffizienten in den Naturwissenschaften. Die definitionen sind veröffentlicht.
Da steckt das Modell dahinter, dass die Erde im Mittel aus dieser Höhe ausstrahlt. Mikroskopisch ist das anders.
Worüber wir hier diskutieren sind in der Regel zwei qualitative Erklärungsmodelle die empirisch benutzt werden, um diese „Temperaturdifferenz“ zwischen effektiver Strahlungstemperatur und Oberflächentemperatur empirisch anzufitten.
Ein Modell benutzt die Emissionshöhe, das andere die mittlere optische Dichte. Ich habe bei Eike dazu schon ausführlicher geschrieben.
Das ist aber doch keine Theorie, sondern nur ein Erklärungsmodell bzw. eine empirische Fitfunktion. Kein Wissenschaftler kann seriös aus einem der beiden Erklärungsmodelle quantitativ den Beitrag von CO2 oder eines anderen Treibhausgases abschätzen.
Sowohl Emissionshöhe, als auch optische Dichte sind für jede Wellenlänge und jede Zusammensetzung der Atmosphäre anders. Die Theorie der Klimaforschung steckt in den Differentialgleichungen, die den Computermodellen zugrunde liegen, nich in den einfachen Erklärungsmodellen.
Die Treibhausgase verändern die Emissionshöhe bzw. die optische Dichte an ihren charakteristischen Spektrallinien und damit den Emissionsgrad der Atmosphäre. Das Emissionsspektrum der Erde kann man messen. Mehr ist das nicht. Die Abstrahlung der Erde ist bei jeder Wellenlänge das Produkt aus Planckfunktion mal spektraler Emissionsgrad. Darüber integriert gibt die gesamte ausstrahlung.
Setzt man den Emissionsgrad gleich Eins in der Leistungsbilanz ergibt sich immer die effektive Strahlungstemperatur. Die effektive Strahlungstemperatur ist deshalb keine thermodynamische Temperatur sondern parametrisiert nur die abgestrahlte Intensität. Je kleiner der Emissionsgrad ist, desto höher ist im stationären Zustand bei konstanter Einstrahlung die tatsächliche Temperatur im Vergleich zur gemessenen effektiven Strahlungstemperatur. Da aber Festkörper in der Regel einen höheren Emissionsgrad haben als Gase und die Planckfunktion umso höher ist je höher die Temperatur ist, strahlt die Erde weniger ab, wenn sie aufgrund der Zusammensetzung aus der Atmosphäre abstrahlen kann.
Das ist jetzt aber eigentlich keine Klimaforschung, sondern klassische Physik der Wärmeübertragung.
Wenn ich ihre Ausführungen lese, glaube ich nicht, dass Sie das bezweifeln.
Ich selbst stehe den quantitativen Bestimmungen des Beitrags von CO2 aufgrund der anthropogenen Emission an der Erderwärmung des 20. Jahrhunderts skeptisch gegenüber: Wobei es nicht viele Paper gibt, die wirklich quantitativ Stellung beziehen.
Quantitativ kommt man aber nur mit einem Experiment oder der Simulation weiter. Im Experiment leben wir. Leider ist die Versuchsdauer vermutlich > 100 Jahre, deshalb benutzen die Klimaforscher die Simulation.
Ich habe meine Beiträge oben geschrieben, weil diese einfachen Erklärungsmodelle angezweifelt wurden. Ich denke damit lassen sich kritische Fragen sehr leicht in die esoterische Ecke stellen. Das finde ich schade, weil es eine fruchtbare Diskussion eher behindert und von der zentralen quantitativen Frage ablenkt.
Sie haben völlig Recht, der Begriff Treibhauseffekt ist vielleicht schlecht gewählt, aber das hat man häufig in den Naturwissenschaften, weil man bei der Namensgebung immer weniger darüber weiß, als nach 50 Jahren.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
#219: UB sagt am Donnerstag, 04.03.2010, 13:07
„… neben dem Albedo … z.B. auch die Wirkung der Wolken, die Wirkung von Aerosolen, …“ das ist doch genau das Albedo
„… die Wärmespeicherung, die Rotationsdauer … …“ diese Größen sind bestimmend dafür, wieviel die Durchschnittstemperatur unter den -18°C liegt.
„D.h., die Wirkung der Treibhausgase bewirkt doch nicht die Temperaturdifferenz von 33°C sondern nur einen (unbekannten) Bruchteil davon.“ Unzutreffend, diese Einflüsse sind dafür verantwortlich wieviel der Treibhauseffekt größer als die 33K ist.
MfG
#220: UB sagt:
„auf Seite 2 des Artikels wird vom „Gleichgewicht von Einstrahlung =
Abstrahlung“ gesprochen und wenig später für die Abstrahlung der Wert von 235 W/m² errechnet. Dies ist dann lt. genanntem Gleichgewicht auch die durchschnittliche Einstrahlung durch die Sonne. Das bedeutet, dass bei dieser Betrachtung stets 235 W Sonnenstrahlung auf jeden Quadratmeter der Erdoberfläche treffen.“
Das ist eine sehr eigenwillige Fehlinterpretation Ihrerseits. Es wird doch vorab sehr deutlich beschrieben, was auf der linken Seite angesetzt wird. Oder mal andersrum gefragt: Wie würde denn Ihrer Meinung nach eine Gleichung ausssehen, die nicht zu diesem Missverständnis führt?
„PS: Für wen war die Jacke dann gedacht? :)“
Naja, wenn Sie das hier ne Weile verfolgen, werden Sie schon bemerken, wem diese Jacke passen würde. Ich will da keine Vorurteile bei Ihnen wecken …
#217
Sehr geehrter Herr Müller,
auf Seite 2 des Artikels wird vom „Gleichgewicht von Einstrahlung =
Abstrahlung“ gesprochen und wenig später für die Abstrahlung der Wert von 235 W/m² errechnet. Dies ist dann lt. genanntem Gleichgewicht auch die durchschnittliche Einstrahlung durch die Sonne. Das bedeutet, dass bei dieser Betrachtung stets 235 W Sonnenstrahlung auf jeden Quadratmeter der Erdoberfläche treffen.
Dies ist natürlich auf der realen Erde anders, denn es gibt Tag und Nacht. Am Tag treffen durchschnittlich 470 W/m² Sonnenstrahlung ein und in der Nacht 0 W/m². Und dies hat, wie Sie dann auch richtig bemerkten, einen Einfluss auf die reale Oberflächentemperatur.
Diese Modellvorstellung (gleichmäßige Sonneneinstrahlung von 235 W/m²) können sie nun unterschiedlich interpretieren. Ich habe gesagt, dass nach dieser Modellvorstellung die Sonne gleichmäßig von allen Seiten auf die Erde scheint. Man kann auch sagen, dass die Erdrotation unendlich schnell ist. Da wären wir dann wieder bei der Betrachtung, ob denn nicht die -18°C nur ein oberer Grenzwert sind.
MfG
UB
PS: Für wen war die Jacke dann gedacht? 🙂
#213
Sehr geehrter Herr Heß,
bevor ich zum eigentlichen Problem komme, ein Wort zu „AGW-Gläubige“. Ich will keinen beleidigen sondern damit nur die erschreckend große Gruppe von Mitbürgern zusammenfassen, die an den AGW glauben aber kaum etwas wissen. So ermittelte eine repräsentative Umfrage vor einigen Jahren, das über 50% der Deutschen Angst davor hatten, dass in den folgenden 12 Monaten die Klimakatastrophe über Deutschland hereinbrechen könne …
Das eigentliche Problem ist doch offensichtlich, dass es unterschiedliche Vorstellungen zum Begriff „Treibhauseffekt“ gibt (Ist es nun rein der „Effekt“ = 33° Temperaturdifferenz oder auch das Wirken der Treibhausgase?).
Sie verstehen darunter die Differenz der tatsächlichen Oberflächentemperatur mit der effektiven Abstrahlungstemperatur. Dabei kann man die effektive Abstrahlungstemperatur messen oder mit der Stefan-Bolzmann-Gleichung berechnen (die Übereinstimmung beider Verfahren halte ich für ausreichend). Diese Differenz beträgt auf der Erde 33°C. Bis hierher gibt’s wohl keine Probleme, nun fangen sie aber m.E. nach an.
Warum heißt diese Temperaturdifferenz „Treibhauseffekt“? Meines Wissens nach doch daher, weil dann dieser gesamte Temperaturunterschied dem Wirken der Treibhausgase zugesprochen wird. Und genau das ist m. E. nach falsch, da es neben den Treibhausgasen noch weitere Komponenten gibt, die die Temperatur auf der Oberfläche beeinflussen. Dies ist neben dem Albedo (der als einziges in der Stefan-Bolzmann-Gleichung berücksichtigt wird) z.B. auch die Wirkung der Wolken, die Wirkung von Aerosolen, die Wärmespeicherung, die Rotationsdauer … . D.h., die Wirkung der Treibhausgase bewirkt doch nicht die Temperaturdifferenz von 33°C sondern nur einen (unbekannten) Bruchteil davon.
Dann gibt es noch ein zweites Problem – die Bestimmung der -18°C.
Werden sie als Abstrahlungstemperatur gemessen (Satelliten) (oder mit der Stefan-Bolzmann-Gleichung berechnet), wie Sie das formulieren, dann frage ich mich, wieso eine Differenz aus der Oberflächentemperatur der Erde in 2m Höhe und der Strahlungstemperatur aus durchschnittlich 6000 m Höhe gebildet wird. Das dann die Oberflächentemperatur größer ist als die Abstrahlungstemperatur ergibt sich schon aus der Luftdichte (hat Dr. Thüne doch Recht?).
Die andere Variante ist, dass mit der Stefan-Bolzmann-Gleichung die „theoretische Oberflächentemperatur ohne Atmosphäre“ berechnet wird – also die gleiche Rechnung anders zugeordnet. Die Stefan-Bolzmann-Gleichung gilt aber nur für das Modell eines Schwarzen Körpers. Die Erde aus dem Weltall betrachtet ist annähernd ein Schwarzer Körper, so dass man die Abstrahlungstemperatur gut berechnen kann. Die Erdoberfläche innerhalb des Systems Erde ist aber kein solcher Schwarzer Körper (siehe #211). Damit ist es auch hier falsch, die 33°C allein dem Wirken der Treibhausgase anzulasten.
Um auf Ihren Beitrag zurückzukommen, kann man den von Ihnen definierten „planetaren Treibhauseffekt“ somit nicht allein auf das Wirken der Treibhausgase zurückführen. Es ist kein „Treibhauseffekt“ sondern vielleicht ein „Klimaeffekt“?!
Und um auf den ursprünglichen Artikel (Überschrift: „Der Treibhauseffekt – und wie funktioniert er?“) zurückzukommen: Wenn der „Treibhauseffekt“ erklärt wird, erwarte ich, dass auch das Wirken der Treibhausgase erklärt wird und begründet wird, warum die Treibhausgase die gesamte Temperaturdifferenz von 33°C verursachen sollen. Nur dann habe ich die Frage „Wie funktioniert er?“ geklärt. Das ist im Artikel aber nicht geschehen. Und m.E. geht es auch nicht.
PS: Bitte entschuldigen Sie, dass ich das von Ihnen zitierte Lehrbuch aus dem Gedächtnis irrtümlicher Weise der Theoretischen Physik zugeordnet habe.
#217: UB sagt:
[zitat]
Sehr geehrter Herr Müller,
Sie schreiben in #211 bezüglich der Tag-Nacht-Problematik bei der Durchschnittstemperatur der Erde:
„Ob das der Grund ist, warum nur eine Halbkugel/Kreis für die Berechnung der auf die Erde auftreffende könnende Sonnenenergie verwendet wird? Nein, bestimmt nicht, da gibt es garantiert keinen Zusammenhang …“
Da haben Sie natürlich (ungewollt?) völlig Recht!
[/zitat]
Prof. Lüdecke bescheibt in seinem Artikel folgende Situation: Es kommt Energie in Form von (kurzwelligen) Sonnenstrahlen auf der Erde an und es wird Energie in Form von (langwelliger) Infrarotstrahlung abgegeben. Die Energie der Sonnenstrahlung entspricht der auf einer Kreisfläche (mit dem Radius der Erde) auftreffenden Sonnenstrahlen, abgestrahlt wird die Energie von der gesamten Erdoberfläche – es wird also eine Kugel angesetzt.
Und dann kommen Sie mit folgender Anmerkung:
#211: UB sagt:
„- Die Sonne strahlt nicht gleichzeitig von allen Seiten auf die Erde (Es gibt Tag und Nacht – wer hätte das gedacht!).“
An welcher Stelle hat Prof Lüdecke etwas in der Richtung gesagt, dass die Sonne auf die gesamte Erde strahlen würde? Er hat im Gegenteil, wie Sie selber nochmal bestätigen, aus genau dem Grund einen Kreis angesetzt.
Wenn Sie eigentlich etwas anderes sagen wollten, z.B. dass Tag/Nacht auch einen Einfluss auf die Temperatur aht, hätten Sie das vielleicht gleich etwas deutlicher ausführen sollen, dann wäre es nicht zu diesem Mißverständnis gekommen.
#217: UB sagt:
„Zum zweiten Teil Ihrer Ausführungen muss ich fragen, woraus Sie schließen, dass ich das Vorhandensein des Treibhauseffekts negiere. Ich argumentiere dagegen, dass die Treibhausgase eine Erwärmung von 33°C bewirken.“
Da ich nicht gesagt habe, dass Sie den Treibhauseffekt negieren, müssen Sie sich diese Jacke auch nicht anziehen 🙂
Sehr geehrter Herr Müller,
Sie schreiben in #211 bezüglich der Tag-Nacht-Problematik bei der Durchschnittstemperatur der Erde:
„Ob das der Grund ist, warum nur eine Halbkugel/Kreis für die Berechnung der auf die Erde auftreffende könnende Sonnenenergie verwendet wird? Nein, bestimmt nicht, da gibt es garantiert keinen Zusammenhang …“
Da haben Sie natürlich (ungewollt?) völlig Recht! Zwischen dem Vorhandensein von Tag und Nacht (also die Rotation der Erde bezüglich der Sonne) und der Benutzung einer Halbkugel (Kreis) für die auftreffende Sonnenstrahlung in der Stefan-Bolzmann-Gleichung gibt es wirklich keinerlei Zusammenhang! Es wird deshalb die Oberfläche eines Kreises für die auftreffende Sonnenstrahlung genutzt, weil die Erde eine Kugel ist. Mit Rotation hat das nichts zu tun! Schauen Sie sich mal aus einiger Entfernung einen Ball an. Sie schauen scheinbar auf einen Kreis (und in Wirklichkeit auf eine Halbkugel) – egal ob der Ball rotiert oder nicht.
Sie schreiben weiter: „Wollen Sie damit andeuten, dass die für die Erde berechneten -18°C analog zum Mond auch nur eine Obergrenze sein kann, die Temperatur also auch noch niedriger liegen könnte?“
Diese Frage ist ja höchst interessant wobei natürlich zu beachten ist, dass die -18°C eine berechnete und keine reale Größe ist. Die Frage, ob es noch kälter sein könnte, ist da natürlich unwichtig. Ob diese -18°C bezüglich der Berechnung mit der Stefan-Bolzmann-Gleichung eine Obergrenze darstellt betrifft wieder die obige Tag-Nacht-Problematik. Berücksichtigt man die Rotation, haben Sie mit dieser Vermutung u.U. Recht. Inwiefern ein solcher Grenzwert aber eine reale Bedeutung hat, ist dann die Frage. Die niedrige reale Durchschnittstemperatur des Mondes ließe sich dann mit der geringen Rotationsgeschwindigkeit erklären.
Zum zweiten Teil Ihrer Ausführungen muss ich fragen, woraus Sie schließen, dass ich das Vorhandensein des Treibhauseffekts negiere. Ich argumentiere dagegen, dass die Treibhausgase eine Erwärmung von 33°C bewirken.
MfG
UB
Die -18°C sind unrealistisch hoch. Die Voraussetzung dafür ist eine gleichmäßige Verteilung der absorbierten Wärme. Das ist aber unrealistisch. Mit der realistischen ungleichmäßigen Wärmeverteilung sinkt die Durchschnittstemperatur gewaltig – und der Mond zeigt das dadurch, daß die mittlere Temperatur auf -55°C fällt.
Der Treibhauseffekt ist also nicht nur 33K, sondern sogar 70K.
Ein Teil des Treibhauseffektes ist auch eine gewisse Einebnung der Temperaturunterschiede durch horizontale Luftströmungen.
MfG
#214: Michael Weber sagt:
„@Marwin Müller
Was soll das Halbzitat von Herrn Prof.Lüdecke? Wie Sie selber von ihm direkt hören können,sagt er in dem Video zwar, daß der Treibhauseffekt als solcher existiert,aber das er viel zu schwach ist um klimarelevant zu sein.“
Vielleicht sollten Sie ihm nochmal genau zuhören und auch noch mal gucken, worauf ich reagiert habe. Ich habe auf UB reagiert, der den natürlichen Treibhauseffekt, so wie ihn Prof. Lüdecke dargestellt hat, in Abrede gestellt hat. Die von mir zitierten Äußerungen von Prof. Lüdecke bezogen sich direkt auf die Existenz des natürlichen Treibhauseffektes und waren teilweise Reaktionen auf Äußerungen, die ihn verneint haben.
Und was das „zu schwach um klimarelevant zu sein“ angeht, sollten Sie wirklich nochmal genau zuhören. Oder finden Sie eine 33°C höhere Temperatur etwa irrelevant? Und wenn Sie nochmal genau zugehört haben und verstanden haben, an welcher Stelle Prof. Lüdecke den Effekt von CO2 für zu gering hält, dann können wir das ja nochmal aufgreifen.
„Und mit CO2 kriegen die Wärmesteuerung nicht gebacken,sonst wäre es jetzt nicht so kalt.“
Wann war es denn global gesehen kalt? Oder verwechseln Sie jetzt den wetterbedingten Zustrom arktischer Kaltluft nach Europa mit Klima? Schauen Sie sich doch mal ein Anonaliebild von Januar/Februar an, dann sehen Sie deutlich, dass es zwar in Europa und an der Ostküste der Staaten drastisch kalt war, aber in der Arktis und an der Westküste schön warm. Die Organisatoren der Winterspiele hätte sicher gern etwas von unserer Kälte gehabt, statt sich mit der „Wärme“ rumzuärgern ….
@Marwin Müller
Was soll das Halbzitat von Herrn Prof.Lüdecke? Wie Sie selber von ihm direkt hören können,sagt er in dem Video zwar, daß der Treibhauseffekt als solcher existiert,aber das er viel zu schwach ist um klimarelevant zu sein. Nicht jedes Kätzchen ist ein reissender Tiger.Und mit einem Gummihammer kriegt man keinen Nagel in die Wand.obwohl er doch „Hammer“ heisst.
Und mit CO2 kriegen die Wärmesteuerung nicht gebacken,sonst wäre es jetzt nicht so kalt.Die Natur widerlegt Sie gerade.Das ist die Strafe
für unkorrektes Zitieren.
Michael Weber
Lieber Herr UB,
Sie schreiben:
„Im Endeffekt wird der Treibhauseffekt sowohl von Prof. Lüdecke und Dr. Link als auch von der Fraktion der AGW-Gläubigen bis hin zum im Forum zitierten Lehrbuch für Theoretische Physik so dargestellt, dass die Erde als Schwarzer Körper -18°C warm wäre und der Unterschied zur realen Durchschnittstemperatur von +15°C ist halt der Treibhauseffekt von 33°C. Eine solche „Erklärung“ des Treibhauseffekts ist völlig albern.“
Sie verwechseln das.
Der planetare „Treibhauseffekt“ ist nicht die Erklärung. Der planetare „Treibhauseffekt“ ist schlichtweg die experimentelle Beobachtung, dass die Oberflächentemperatur eines Planeten mit Atmosphäre höher ist als die effektive Strahlungstemperatur. Wobei beides Messgrößen sind, die von den Planetologen für Erde, Venus und Mars gemessen sind und regelmäßig gemessen werden.
Zu mindestens das von mir zitierte Lehrbuch ist ein Lehrbuch für Experimentalphysik (Lehrbuch für Experimentalphysik Bergmann und Schaefer Band VII Erde und Planeten) und beschreibt den planetaren „Treibhauseffekt“, wie ich es dargestellt habe. So ist der planetare „Treibhauseffekt“ eben in der Planetologie definiert. Ihre Definition in dem obigen Zitat weicht davon ab. Ist das ihre Interpretation oder haben Sie ein Zitat.
Das kann man Herrn Lüdecke sicher vorwerfen, dass er den planetaren „Treibhauseffekt“ nicht ausreichend klar definiert hat und als Beobachtung gekennzeichnet hat. Im Übrigen wird umgangssprachlich der Effekt, also die Wirkung oder Beobachtung häufig mit dem Erklärungsmodell gleichgesetzt und verwechselt. Der Effekt ist die beobachtete Wirkung und nicht das „Wirken“.
Herr Lüdecke hat also zunächst Recht, wenn er schreibt, dass der planetare „Treibhauseffekt“ Realität, gemessene Realität ist. Er ist genauso gemessene Realität, wie die von der Erde oder von einem Satelliten aus gemessene effektive Strahlungstemperatur der Sonne oder der Venus. Die stellen sie ja auch nicht in Abrede, oder? Können sie natürlich, aber dann bezeichnen Sie bitte nicht ihre Mitmenschen als „Gläubige“. Denn das ist ein „ad hominem“ Argument und disqualifiziert in meinen Augen denjenigen der es verwendet, sonst niemanden.
Sie haben aber Recht, wenn man die 255 K als hypothetische Oberflächentemperatur ohne Atmosphäre annimmt. Das ist willkürlich und hängt von der Albedo und dem Emissionsgrad des Planeten ab, die man wählt. Die meisten Literaturstellen machen es sich einfach und wählen als Albedo der Erde 0.3 und als Emissionsgrad 1. In der Realität hängt der Emissionsgrad, aber von der lokalen Topographie und den lokalen Materialeigenschaften ab. Das gilt auch für den Mond.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
#211: UB sagt:
„- Die Sonne strahlt nicht gleichzeitig von allen Seiten auf die Erde (Es gibt Tag und Nacht – wer hätte das gedacht!).“
Ob das der Grund ist, warum nur eine Halbkugel/Kreis für die Berechnung der auf die Erde auftreffende könnende Sonnenenergie verwendet wird? Nein, bestimmt nicht, da gibt es garantiert keinen Zusammenhang … Das haben die Autoren bestimmt wirklich übersehen. Tag und Nacht, was ist das?
„Die „theoretische Oberflächentemperatur“ des Mondes beträgt (s.o.) etwa -2°C, die reale Durchschnittstemperatur liegt bei -55°C.“
Wollen Sie damit andeuten, dass die für die Erde berechneten -18°C analog zum Mond auch nur eine Obergrenze sein kann, die Temperatur also auch noch niedriger liegen könnte?
Prof. Lüdecke sollte wohl sein Statement bezüglich der allgemeinen Akzeptanz des natürlichen Treibhauseffektes nochmal überdenken.
„Der Treibhauseffekt ist Realität(!), niemand bestreitet dies ernsthaft, auch nicht die kritischen Klimafachleute in den zahlreichen Manifesten.“
Nagut, er schränkte das auf Klimafachleute ein.
„Im Grunde genommen jeder Oberschüler kann das verstehen …“
Hmmm …
„Die Wirkung von CO2 ist Konsenz unter allen, auch den ‚Klimarealisten‘ …“
Das Publikum bei EIKE hat anscheinend auch ettliche Nichtrealisten zu bieten.
Aber das kannman ja überdenken und das nächste mal etwas vorsichtiger formulieren.
Hallo EIKE
Vielleicht ist Ihnen ja aufgefallen, dass sie gleich in den ersten 6 Kommentaren von NB, NF und Marvin Müller überschwänglich gelobt wurden. Das sollte Sie stutzig machen! (Wenn mich meine Gegner loben, muss ich etwas falsch gemacht haben!). G. Heß schreibt dann auch in #11 auf, wo der Haken liegt: „…ich finde es gut, dass Sie hier einmal das grundlegende Modell beschreiben.“ Prof. Lüdecke und Dr. Link haben in ihrem Artikel genau das Modell des Treibhauseffekts beschrieben, auf dass die These von der vom Menschen verursachten Erwärmung (= Klimakatastrophe) aufbaut.
Doch wenn im Artikel die Erklärung des Treibhauseffekts mit den Worten endet: „Die Differenz des real gemessenen Mittelwerts der Bodentemperatur zur oben berechneten Bodentemperatur ohne Atmosphäre, also 15 – (-18) = 33 °C, wird durch die Treibhausgase der Erdatmosphäre verursacht und von der Klimaforschung als natürlicher Treibhauseffekt bezeichnet.“, dann sind hier (und nicht nur hier) die Autoren auf dem Holzweg. Sie haben nicht den Treibhauseffekt erklärt, sondern versucht, seine Größe zu berechnen. (Das ist schade, denn auch mit einer physikalisch richtigen Erklärung des Treibhauseffekts kann man die These von der menschgemachten Erwärmung widerlegen.)
Im Endeffekt wird der Treibhauseffekt sowohl von Prof. Lüdecke und Dr. Link als auch von der Fraktion der AGW-Gläubigen bis hin zum im Forum zitierten Lehrbuch für Theoretische Physik so dargestellt, dass die Erde als Schwarzer Körper -18°C warm wäre und der Unterschied zur realen Durchschnittstemperatur von +15°C ist halt der Treibhauseffekt von 33°C. Eine solche „Erklärung“ des Treibhauseffekts ist völlig albern. Nicht nur dass hier ja nichts „erklärt“ wird, auch die Idee, die Temperaturdifferenz von 33°C allein den Treibhausgasen zuzuschreiben, ist wissenschaftlich unsinnig. Für die Berechnung der „theoretischen Erdoberflächentemperatur“ von -18°C wird ein extrem vereinfachtes Modell der Erde benutzt. Sie wird als Schwarzer Körper betrachtet. Nun liegt der Unterschied zwischen einem Schwarzen Körper und der Erde nicht nur darin, dass auf der Erde Treibhausgase existieren. Das benutzte Modell von der Bestrahlung eines Schwarzen Körpers beinhaltet auch andere Unterschiede zur Erde, die sich auf den Wärmehaushalt auswirken, wie z.B.:
– Die Erde ist keine Scheibe. (Bevor hier N.B. oder NF lamentieren. In Naturwissenschaften ist es z.B. (außer bei Betrachtungen zum AWG)üblich, Berechnungen mit Fehlerbetrachtungen zu versehen. Und dann ist es (z.B. bezüglich des Albedos oder der Absorbtion von Sonnenstrahlen in der Atmosphäre) schon ein Unterschied, ob die Sonne auf eine Halbkugel oder eine Kreisfläche scheint.)
– Die Erde ist zu 70% mit Wasser bedeckt. Wasser ist ein sehr guter Wärmespeicher.
– Die Erde hat nicht die Masse Null wie ein Schwarzer Körper.
– Die Sonne strahlt nicht gleichzeitig von allen Seiten auf die Erde (Es gibt Tag und Nacht – wer hätte das gedacht!).
– Die Atmosphäre besteht nahezu vollständig aus Stickstoff und Sauerstoff, welche an der Wärmeübertragung (auch am sog. Treibhauseffekt!) beteiligt sind.
– Es gibt für eine Wärmeübertragung nicht nur Wärmestrahlung, sondern auch andere Effekte wie z.B. Wärmeleitung.
Diese Aufzählung ist keineswegs vollständig (Die Erde könnte man auch als natürlichen Gegenentwurf zum Schwarzen Körper bezeichnen.).
All diese Unterschiede spielen in den Betrachtungen zum Treibhauseffekt keine Rolle – oder anders ausgedrückt: Alle Unterschiede werden als „Treibhauseffekt“ zusammengefasst!
Da fragt man sich, welchen Sinn ein solch einfaches Modell der Erde denn hat. Die Antwort ist sehr einfach. Mit solchen Modellen kann man bestimmte Erscheinungen erklären, wie in diesem Beispiel, dass mehr Treibhausgase zu einer Temperaturerhöhung der Troposphäre führen. Man kann mit einem solch einfachen Modell aber nicht erklären, wie groß eine solche Erwärmung ist, denn dazu müsste man alle Unterschiede (außer den Treibhausgasen) zwischen einem Schwarzen Körper und der realen Erde berücksichtigen! Einfache Modelle dienen also zur Erklärung einzelner Effekte, man kann von ihnen aber nicht direkt auf die Realität schließen.
Die Aussage, dass die 33°C Unterschied der Treibhauseffekt wären, ist nicht nur wegen des benutzten Modells unsinnig, auch die Berechnung der -18°C ist falsch! Wenn ich ein Modell ohne jede Atmosphäre benutze, dann gibt es auch keine Wolken. Ohne Wolken ist der in die Berechnung der -18°C einfließende Albedo aber mit Sicherheit nicht 30% sondern wesentlich geringer, d.h. diese „theoretische Erdoberflächentemperatur“ müsste deutlich über -18°C liegen. Unter der Annahme, dass die Erde ohne Atmosphäre, Wolken und Wasser einen ähnlichen Albedo wie der Mond besitzen müsste (?10%), ergibt sich eine „theoretische Oberflächentemperatur“ von nur noch -2°C. Für den Treibhauseffekt bleiben nur noch 17°C übrig!
Eine andere Möglichkeit zur Berechnung der „theoretischen Oberflächentemperatur“ wäre, den Albedo völlig außen vor zu lassen. Dann läge die „theoretische Oberflächentemperatur“ der Erde bei 5°C und der Unterschied zur realen Oberflächentemperatur wäre 10°C. Mit diesem Unterschied kann man aber nichts anfangen (also genau so viel wie mit den 33°C!).
Und da wir gerade bei anderen Himmelskörpern sind. Im Forum wurde dazu auch angemerkt, dass dieser Treibhauseffekt ja auch auf Mars und Venus so schön zu beobachten ist. Auch hier wurde vom „grundlegenden Modell“ ausgegangen, dass der Treibhauseffekt der Temperaturunterschied zwischen „theoretischer Oberflächentemperatur“ und realer Oberflächentemperatur wäre. Wie hoffentlich allen Akteuren in diesem Forum bekannt ist, reicht es aber zu Widerlegung einer These aus, wenn ein Gegenbeispiel gefunden wird. Dann betrachten wir mal den Mond etwas genauer. Hier existiert keine Atmosphäre und demnach auch nicht der alles beherrschende Treibhauseffekt. Hier müsste demnach die „theoretische Oberflächentemperatur“ gut mit der realen Durchschnittstemperatur übereinstimmen. Die „theoretische Oberflächentemperatur“ des Mondes beträgt (s.o.) etwa -2°C, die reale Durchschnittstemperatur liegt bei -55°C. Vielleicht kann ja einer der Hauptakteure in diesem Forum (NB oder NF oder…) einmal mit Hilfe des nicht vorhandenen Treibhauseffekts (denn etwas anderes gibt es ja nicht) erklären, wie dieser Temperaturunterschied zustande kommt.
PS: Das Gute am Artikel von Prof. Lüdecke und Dr. Link ist, dass sie zeigen, dass man auch mit dem üblichen (aber falschen) Modell vom Treibhauseffekt zu völlig anderen Schlussfolgerungen kommen kann.
Diese Erkenntnis ist aber nicht neu. Auch z.B. bei Prof. Rahmstorf (PIK oder KLIMALOUNGE) oder den Ausführungen des MPI Hamburg zum Treibhauseffekt findet man regelmäßig viele schöne und einfach formulierte Beispiele dafür, dass sich diese Wissenschaftler selbst widerlegen.
PS2: Zur aktuellen Diskussion sagt Herr Heß in #210 eigentlich alles. Mit Hilfe der Entropie das Wärmesystem Erde genauer erklären zu wollen, ist derzeit wohl nicht möglich.
In #207 trifft JH den Nagel auf dem Kopf. Wenn NB den Unterschied zwischen einem geschlossenen und einem abgeschlossenen System nicht kennt, sollte er/sie sich aus einer Diskussion zur Entropie wohl eher raushalten.
Lieber Herr NB,
sollten sie auch bitte nur als Hinweise verstehen. Die Entropie ist so ähnlich wie Quantenmechanik, wer glaubt sie zu verstehen ist meistens auf dem Holzweg. Das Thema ist auch gerade im Nichtgleichgewichtsfall erfrischend offen.
Und hier in diesem abgelegenen Teil von Eike scheinen wir ja jetzt diskutieren zu können, ohne dass jemand meint wir würden mit unserer fachlichen Diskussion von der wichtigeren höheren Politik ablenken.
Offen heißt: Energie und Materieaustausch. Geschlossen Energieaustausch, Abgeschlossen: kein Austausch von Energie und Materie.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Lieber Herr Grosser,
eine gute Wahl den Bergmann Schaefer zu kaufen.
Ich freue mich auf eine weitere Diskussion.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Lieber Herr Mueller,
ich verstehe die Gleichung (dS = (1-r)Q(1/T erde – 1/T sonne), komme aber mit der Art wie Sie sie anwenden nicht ganz klar.
Die Entropie ist ja zunächst auch eine Zustandsfunktion, die als natürliche Variablen die innere Energie U, das Volumen V und die Stoffmenge N hat. Das heißt für gegebenene Prozesse liegt aufgrund der Änderung dieser natürlichen Variablen die Entropieänderung des Erdsystems fest. Da U eine Funktion von T,V und N ist, kann man S auch als Funktion von T,V und N schreiben. Halten wir nun V und N fest, dann legt die Temperaturänderung während des Prozesses über die Änderung der inneren Energie die Entropieänderung fest. Das Integral über TdS entspricht dann der Summe aus zu oder abgeführten Wärme + T*Entropieproduktionsterm. Den Zusammenhang, dass die Entropieänderung die Temperatur sinken läßt, sehe ich so unmittelbar nicht, da fehlt mir ein Argument.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
zu # 206
Herr/Frau NB: Die Frage ist nicht Ihr Ernst!!!!
Lieber Herr Heß,
danke für die Hinweise.
„Das gilt für abgeschlosssene, geschlossene und offene Systeme gleichermaßen.“
Was ist denn der Unterschied zwischen einem abgeschlossenen und einem geschlossenen System?
Heißt „geschlossen“ kein Energieaustausch mit der Umgebung und
„abgeschlossen“ kein Energie- und Stoffaustausch mit der Umgebung?
Liebe Herrn NB & Hess
Ich beziehe mich nur auf das Gesamtsytem.
Die Erde erhält die Energie Q von der Sonne (T sonne = 5800 K)
Die gesamte Energie wird wieder abgestrahlt und zwar zu etwa
1/3 direkt reflektiert. 2/3 dieser Energie unterliegen zahlreichen
Wandlungsprozessen von Verdampfung über Photosynthese bis
zum menschlichen Energiebedarf bevor sie als Wärmestrahlung die
Erde verlassen. Bei diesen Wandlungsprozessen entsteht Entropie,
die ebenfalls von der Erde entfernt wird. Dieser Vorgang ist
zusammenfassend beschrieben in der Entropieflussgleichung:
dS = (1-r)Q(1/T erde – 1/T sonne). Der Entropiefluss ist also
gleich 0, wenn T sonne = T erde (oder r=1) oder positiv, wenn
T erde kleiner als T sonne. Sind die Sonnenfaktoren Q und T sonne
konstant, besteht somit ein direkter Zusammenhang zwischen der
Erdtemperatur und dem Entropiefluss (konst. r angenommen).
Das bedeutet z.B., wenn infolge eines „Treibhauseffektes“ T erde
steigt, muss dieser den Entropiefluss senken, umgekehrt wird bei
erhöhter Entropieerzeugung, entstanden durch Wandlungsprozesse
im System, die Temperatur sinken. Wenn also CO2 Ursache für den
„Treibhauseffekt“ ist, wirkt es temperatursteigernd, wenn es
Ursache für erhöhte Entropieerzeugung durch Wandlungsprozesse
im System ist, wirkt es temperatursenkend.
Lieber Herr NB,
mein Satz aus #202 ist nicht ganz korrekt:
„Generell sagt der 2. Hauptsatz ja, dass die Entropieänderung dSi für einen gegebenen Prozess innerhalb des Systems immer größer oder gleich Null ist. Das gilt für abgeschlosssene, geschlossene und offene Systeme gleichermaßen. Die Entropieänderung dSu mit der Umgebung kann kleiner oder größer Null sein.“
Muss ich besser formulieren als
„Generell sagt der 2. Hauptsatz ja, dass die Entropieproduktion dSi für einen gegebenen Prozess innerhalb des Systems immer größer oder gleich Null ist. Das gilt für abgeschlosssene, geschlossene und offene Systeme gleichermaßen. Der Entropieaustausch mit der Umgebung kann kleiner oder größer Null sein“
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Sehr geehrter Herr Link,
vielen Dank die Aufklärung des Sachverhalts in Ihrer Antwort #193.
@ Herr Heß, die Venus als Wärmekraftmaschine muß ich mal selbst bei Gelegenheit überdenken, ich fange jetzt an Bergmann & Schäfer zu lesen, das Buch ist eingetroffen.
Herzlichst
L. Grosser
Lieber Herr NB,
sie müßten eigentlich spezifizieren, wo die Entropie abnimmt.
Generell sagt der 2. Hauptsatz ja, dass die Entropieänderung dSi für einen gegebenen Prozess innerhalb des Systems immer größer oder gleich Null ist. Das gilt für abgeschlosssene, geschlossene und offene Systeme gleichermaßen.
Die Entropieänderung dSu mit der Umgebung kann kleiner oder größer Null sein.
Die gesamte Entropieänderung dSg ist wieder größer oder gleich Null.
Wie gesagt, die Gleichsetzung Entropieabnahme und Ordnung hinkt. Es sind irreversible Prozesse, die fernab vom Gleichgewicht Energie umwandeln, die in der Natur Ordnung erzeugen. Damit geht Entropieproduktion einher.
Da die Entropie eine Zustandsgröße ist, gilt für ein System, auch für ein lebendes System, im stationären Zustand, wenn sich also die Zustandsvariablen nicht ändern, dass sich die Entropie nicht ändert.
Die Entropie ist auch eine extensive Zustandsgröße, sie skaliert mit Masse und Volumen. Betrachten wir ein Lebewesen als System. Wenn das Lebewesen wächst nimmt es also Materie auf und baut es in seine Struktur ein. Das heißt die Entropie des Lebewesens steigt und die Entropie der Umgebung nimmt ab. Ist das Lebewesen ausgewachsen ist es dann eher ein stationärer Zustand. Aber die Entropieänderung in Umgebung plus System ist immer größer oder gleich Null.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Lieber Herr NB,
Setzen Sie die z.B.für einen Menschen zum Leben notwendige Energiemenge von
ca. 1000 kWh/a , die mittlere Körpertemperatur (310K) und die Umgebungstemperatur
(288K) in die Entropieflussgleichung ein, erhalten Sie einen positiven Entropiefluss
zunächst an die Umgebung.
Lieber Herr Mueller,
„Weil es sich um Energiewandlungsprozesse handelt, wie Herr Hess ausführlich
dargestellt hat. Dabei entsteht Entropie, die aus dem System entfernt werden muss.“
Aber durch den Aufbau lebender Systeme wird Entropie trotz Energieumwandlung reduziert.
Lieber Herr NB,
„wieso sollte die Entstehung von Leben die Entropie steigen lassen?“
Weil es sich um Energiewandlungsprozesse handelt, wie Herr Hess ausführlich
dargestellt hat. Dabei entsteht Entropie, die aus dem System entfernt werden
muss.
Lieber Herr Hess,
„…dass der Entropieproduktionsterm die Temperatur senkt. Eher im Gegenteil, er steigert die Temperatur im System, wenn die Entropie nicht exportiert werden kann.“
Auf das Gesamtsystem bezogen erhöht sich aber der Entropiefluss, da die Entropie
exportiert werden muss. In der Entropieflussgleichung erhöht sich also der Betrag für dS,
das bedeutet Temperaturminderung. Eine Temperatursteigerung träte ein, „wenn die Entropie nicht exportiert werden kann.“ Das passiert nur, wenn Prozesse im System den Entropie-
export „behindern“. Ein solcher Prozess wäre der „Treibhauseffekt“.
Lieber Herr NB, lieber Herr Mueller
Ich versuche mal mit meinen Worten zu sagen, was ich glaube, dass Herr Mueller meint.
Wenn wir mal ein Lebewesen wie eine Pflanze betrachten als Analogie, dann passiert folgendes.
Die Pflanze absorbiert Photonen aus dem Sonnenspektrum mit dem Entropiebetrag q/6000 J/K. Das ist jetzt im Prinzip chemische Energie, die benutzt werden kann Ordnung zu schaffen, das heißt Strukturen aufzubauen. In der Photosynthese wird über mehrere Stufen diese Anregungsenergie in chemisch-physikalischen Reaktionen dafür genutzt.
Diese Reaktionskette ist aber eine irreversible Reaktionskette, dabei wird also Entropie dSirr produziert.
Die Pflanze gibt einen Entropiebeitrag an die Umgebung ab, etwa q/300 J/K. Im stationären Zustand des Lebens gilt: dSirr + q (1/6000 – 1/300) J/K = 0. dSirr ist also wie es sich gehört größer Null.
Das ganze kann man nun als Flüsse schreiben mit einem Punkt über S bzw. q , dann ist dSirr mit Punkt der Entropieproduktionsstrom und der rechte Term der Entropietransportstrom.
Man kann es vielleicht so ausdrücken: Ordnung entsteht durch Aufwenden von Energie bzw. durch Arbeit, dabei wird Entropie produziert, die abgeführt werden muss, damit das Lebewesen überlebt.
Die saloppe Gleichsetzung von Entropie und Unordnung ist immer etwas verkürzt.
Was ich aber nicht sehe Herr Mueller ist, dass der Entropieproduktionsterm die Temperatur senkt. Eher im Gegenteil, er steigert die Temperatur im System, wenn die Entropie nicht exportiert werden kann.
Wenn wir nun Herrn Muellers Modell zur Erde ansehen, sind wir bei einer Gaia-ähnlichen Hypothese.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Lieber Herr Mueller
wieso sollte die Entstehung von Leben die Entropie steigen lassen? Meiner Meinung nach wird die Entropie dadurch abgesenkt.
Unabhängig davon muss die Entropie bei Änderungen nicht erhalten, also kompensiert werden, worauf Ihre Argumentation jedoch anscheinend beruht.
Lieber Herr Hess,
in #195 sagen Sie: „Energie mit hoher Entropie wird ans Weltall exportiert.“ Dieser Entropieexport erfolgt
gem. der Entropieflussgleichung z.B für die Erde: dS = Q(1-r)(1/T erde – 1/T sonne). Die Erde unterscheidet
sich von anderen Planeten dadurch, dass Bedingungen für die Existenz von Leben herrschen. Da Planeten in
etwa gleicher Entfernung zur Sonne diese Bedingungen nicht erfüllen (Mond), liegt der Unterschied in der
Beschaffenheit, also auch der „unterschiedlichen Randbedingungen und Zusammensetzung der Atmosphären.“
Aus diesen Unterschieden folgen somit die Werte für den Entropiefluss dS der jeweiligen Planeten. Daraus
kann man folgern, dass dieser Wert nur in einem bestimmten Bereich die für Leben notwendigen Bedingungen
erfüllt. Entropie entsteht bei der Wandlung von Energie also auch bei der Wandlung von Sonnenenergie in
biologisches Wachstum (Leben). Diese zusätzliche Entropie erhöht somit den Betrag für dS, was nach der
Gleichung die Erdtemperatur mindert. Der „Treibhauseffekt“ dagegen wirkt temperatursteigernd, d.h. die
veränderte Zusammensetzung der Atmosphäre sollte den Entropiefluss dS senken.
Geht man davon aus, dass CO2 in beiden Fällen eine wichtige Rolle spielt, wirkt der CO2-Gehalt in der
Atmosphäre zum einen dS-steigernd, da biologisches Wachstum fördernd, zum anderen durch den „Treibhauseffekt“
dS-senkend, wobei die Effekte jeweils nach oben begrenzt sind (optimaler Wert, Sättigung).
Dies macht nur Sinn, wenn die Effekte zeitversetzt auftreten, also ein später einsetzendes biologisches
Wachstum den zuvor eingetretenen „Treibhauseffekt“ bremst. Da das System Erde seit hunderten Millionen Jahren
funktioniert, sprich Leben produziert, spricht meiner Meinung nach einiges dafür, dass es sich um Steuer-
mechanismen handelt, die für die Einhaltung der notwendigen Bedingungen sorgen, also den Wert für den
Entropiefluss dS im erforderlichen Bereich halten, womöglich sogar optimieren.
Lieber Herr Grosser,
ihre Beispiele hinken.
Die Sonne führt der Venus pro Zeiteinheit Energie mit niedriger Entropie zu. Aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Sonne und Erde kann diese prinzipiell zu 95% als Arbeit genutzt werden. Energie mit hoher Entropie wird ans Weltall exportiert.
Die Venus ist also eher eine Wärmekraftmaschine die zwischen zwei Reservoiren mit großem Temperaturunterschieden arbeitet. Durch die Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie wird der adiabatische Temperaturgradient zwischen Oberfläche und Emissionshöhe aufrechterhalten. Die Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmt die“Emissionshöhe“. Der adiabatische Temperaturgradient den Unterschied zwischen Oberflächentemperatur und effektiver Strahlungstemperatur an der „Emissionshöhe“. Das ist der planetare „Treibhauseffekt“.
Für die Erde gilt das gleiche Prinzip. Selbstverständlich gibt es aber Unterschiede aufgrund unterschiedlicher Randbedingungen und Zusammensetzung der Atmosphären.
Mit freundlichen Grüßen
Günter Heß
Das Beispiel hinkt. Trotz begrenzter Leistung, würde der Heizfaden eine höhere Temperatur annehmen, weil er seine Energie nicht abführen kann.
mfG
M.L.
Sehr geehrter Herr Limburg,
ohne Zweifel wird der Heizfaden ein wenig heißer, weil die Kühlleistung durch nachströmende kalte Luft unterbunden wird, aber ich wollte mit diesem Beispiel darauf hinweisen, daß sich die Temperatur in einem isolierten System zu zufügen von Energie nicht BELIEBIG erhöhen läßt. Aber danke für den Hinweis.
Wenn Strom in einem sehr heißen Draht fließt (Heizspirale), dann kann dieser Strom unter Umständen diesen Draht nicht noch weiter erhitzen, obwohl der selbe Strom, mit der selben Leistung einen kalten Draht zu erwärmen vermag. Es ist wie mit der Addition von Schalldrücken, wenn ich zu einem Lautsprecher mit 90dB, einen mit 85dB dazu stelle, so wird das Ergebnis dadurch nicht wirklich lauter, obwohl mehr Energie aufgewendet wird.
Anders verhält es sich bei phasengekoppelten Schwingungen, da genügt tatsächlich die stetige Zugabe winziger Energieportionen, um ein System in die Resonanzkatastrophe zu führen. Aber bei Wärme handelt es sich nicht so einen Prozeß, es sei denn, man würde mit einem Laser einzelne Moleküle in ihrer Schwingungspahase so anregen, dann würde es sehr wohl immer heißer in einem geschlossenem System werden können.
MfG
Grosser
Zu #192
Leider sind in dem Papier von D. Hebert zwei grobe Fehler enthalten.
a) Die Strahlungstemperatur nach Stephan Boltzmann S = epsilon * sigma * T^4 ist auf den Halbraum bezogen. Hebert rechnet mit einem Faktor 2 falsch. Siehe Herleitung S-B.
b) Hebert, leider auch viele andere, vergessen, dass man die Rückstrahlung nicht beliebig erhöhen kann, denn wenn man z. B. 100 W/m2 zur Rückstrahlung addiert, muss man auch die Abstrahlung aus der Atmosphäre und die erhöhte direkte Abstrahlung der IR Strahlung der Erdoberfläche durch das offene Strahlungsfenster berücksichtigen. Denn die Gesamtbilanz Sonneneinstrahlung und Erdabstrahlung ins Weltall muss natürlich wieder stimmen.
Insofern sind dies zwei unsinnige Argumente!