NeusserGletscher schrieb:
Martin_D schrieb:
Warum gehst du nicht auf meine Frage ein ?
Hast du sie übersehen ?
Deine Frage habe ich tatsächlich übersehen. Aber eigentlich haben wir das doch schon geklärt. Ich habe ein
paar Seiten zuvor gesagt, dass die Nummer mit dem CO2 mein Vorstellungsvermögen übersteigt. Worauf Du mir geantwortet hast, dass läge an meinen fehlenden naturwissenschaftlichen Kenntnissen und naturwissenschaftlichen Fertigkeiten. So muss es wohl sein.
Okay, das erklärt natürlich einiges.
Heute ist Feiertag und ich habe etwas Zeit. Dann versuche ich mal, eine verständliche Erklärung zu formulieren.
Ich hole etwas weiter aus. Wenn man als Skifahrer auf einer Piste mit konstanter Neigung Schuss fährt, dann stellt sich nach einer gewissen Zeit eine konstante Geschwindigkeit ein. Warum ist das so ?
Bei einer bestimmten Geschwindigkeit besteht ein Kräftegleichgewicht zwischen der Hangabtriebskraft in Bewegungsrichtung und der Luftwiderstandskraft gegen die Bewegungsrichtung. Deshalb bezeichne ich diese Geschwindigkeit als "Gleichgewichtsgeschwindigkeit".
Der Grund dafür liegt darin, dass die Hangabtriebskraft unabhängig von der Geschwindigkeit ist, die Luftwiderstandskraft jedoch umso größer ist, je größer die Geschwindigkeit des Skifahrers ist. Ist der Skifahrer langsamer die "Gleichgewichtsgeschwindigkeit", dann überwiegt die Hangabtriebskraft gegenüber der Luftwiderstandskraft und der Skifahrer wird zwangsläufig schneller. Ist der Skifahrer schneller als die Gleichgewichtsgeschwindigkeit, dann überwiegt die Luftwiderstandskraft gegenüber der Hangabtriebskraft und der Skifahrer wird langsamer. Damit wird klar, dass sich nach einiger Zeit zwangsläufig die "Gleichgewichtsgewschwindigkeit" einstellt.
Der Skifahrer kann aber durchaus Einfluss nehmen auf die "Gleichgewichtsgeschwindigkeit". Geht er in die Hocke, ist seine Position ärodynamisch günstiger und die "Gleichgewichtsgeschwindigkeit" ist dadurch höher. Geht er in eine aufrechtere Postition, ist seine "Gleichgewichtsgeschwindigkeit" niedriger.
Wenn es um die Temperaturen eines Planeten geht. stellt sich auch ein solcher Gleichgewichtszustand ein, nämlich das sogenannte Strahlungsgleichgewicht. Der Planet absorbiert Strahlungsenergie von der Sonne. Gleichzeitig strahlt der Planet aufgrund seiner Temperatur Infrarotstrahlung in alle Raumrichtungen hinaus. Da die Energie dieser Infrarotstrahlung von der Temperatur des Planeten abhängt, kann sich dieses Strahlungsgleichgewicht nur bei einer ganz bestimmten Temperatur einstellen, der Gleichgewichtstemperatur.
Präziser ausgedrückt: Es gilt: absorbierte Strahlungsleistung = abgestrahlte Strahlungsleistung (Leistung = Energie pro Zeit)
Nun versuchen wir mal, diese Gleichgewichtstemperatur für die Erde auf Grundlage dieser Überlegung zu berechnen. Die Solarkonstante beträgt 1361 W/m^2. Das bedeutet: In der Entfernung der Erde von der Sonne trifft durch die Strahlung der Sonne eine Strahlungsleistung von 1361 Watt senkrecht auf einen Quadratmeter. Nun ist aber die Erdoberfläche Kugeloberfläche und keine ebene Fläche, die senkrecht zur Sonnenstrahlung steht. Zudem rotiert diese Kugel. Da die Kugeloberfläche viermal so groß ist wie die Querschnittsfläche zur Kugel (Kugeloberfläche=4r^2 , Kugelquerschnittsfläche=r^2) , trifft auf einen Quadratmeter im Mittel 1361 W/m^2 : 4 = 340 W/m^2. (Eine Ort in der Nähe des Äquator bekommt natürlich mehr als diese 340 W/m^2 in Schnitt, ein Ort in hohen Breiten natürlich weniger.)
Für die absorpierte Strahlungsleistung ist die Albedo der Erde noch zu berücksichtigen. Diese beträgt etwa 0,3. Das heißt: 30% der Sonnenstrahlung wird in den Weltraum zurückreflektiert, 70 % wird absorbiert. 70% von 340 W/m^2 sind 238 W/m^2. Damit haben wir die absorbierte Strahlungsleistung, also die linke Seite der oben aufgestellten Gleichung.
Nun kommen wir zur rechten Seite dieser Gleichung. Für die Temperaturbedingte Wärmestrahlung gilt das
Stefan-Boltzmann-Gesetz, das auf einem quantenmechanischen Modell beruht, dass sich in vielerlei Situationen bewährt hat. Die Wirkungsweise jedes Thermometer, das die Temperatur über die registrierte Infrarotstrahlung ermittelt, beruht auf diesem quantenmechanischen Modell. Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz gilt für die abgestrahlte Strahlungsleistung P von einem Quadratmeter mit der Temperatur T (in Kelvin).
P = k * T^4
k ist eine Konstante: Mit k = 5,67 * 10^-8 und T = Temperatur in Kelvin erhält man P in W/m^2
Nun lösen wir diese Gleichung nach T auf.
T = Vierte Wurzel aus (P/k).
Mit P =238 und k = 5,67 *10^-8 ergibt sich T =255 [Kelvin). Das entspricht -18°C.
Das ist offensichtlich deutlich zu kalt. Also gibt es einen Effekt, den wir noch nicht berücksichtigt haben. Und diesen Effekt nennt man Treibhauseffekt. Er kommt dadurch zustande, dass die ankommende elektromagnetische Strahlung einen ganz anderen Wellenlängenbereich hat (nämlich hauptsichlich sichtbares Licht) als die abgestrahlte Strahlung (Infrarotstrahlung).
Unsere Atmosphäre ist für sichtbares Licht mehr oder weniger komplett durchlässig. Infrarotstrahlung dagegen wird zu einem großen Teil absorbiert. Diese absorbierte Strahlung wird dann wieder in alle Raumrichtungen, also auch zurück zur Erde ausgestrahlt. Dieser Effekt führt dazu, dass sich das Stahlungsgleichgewicht bei einer höheren Temperatur als der oben berechneten Gleichgewichtstemperatur einstellt, nämlich bei einer mittleren Temperatur von etwa +15°C (in Äquatornähe natürlich deutlich mehr, in den Polarregionen natürlich deutlich weniger.)
Wir halten fest: Der Treibhauseffekt existiert.
Nun kommen wir zu der Rolle von CO2:
CO2 ist nicht das bedeutendste Treibhausgas, Wasserdampf trägt weitaus mehr zu dem oben beschriebenen Treibhauseffekt bei. Allerdings ist der CO2-Gehalt der Erde eben das Schräubchen, an dem der Mensch gerade kräftig dreht.
Dass CO2 zum Treibhauseffekt beiträgt, kann man mit einem einfachen Experiment belegen.
Links haben wir eine Infrarotlampe. Rechts in den Zylinder wird CO2 zugeführt. Dabei wird die Temperatur gemessen. Dabei stellt man folgendes fest:
(1) Die Temperatur im Zylinder steigt nach der CO2 - Zuführung etwas an.
(Präziser ausgedrückt: Durch das zusätzliche CO2 erhöht sich die Gleichgewichtstemperatur im Zylinder)
(2) Blickt man von rechts mit einer Wärmebildkamera durch den Zylinder auf die Infrarotlampe, so erscheint sie nach der Zuführung des CO2 weniger hell als vor Zuführung des CO2. Der Grund ist, dass das zugeführte CO2 einen Teil der Infrarotstrahlung der Lampe absorbiert und dieser dann nicht mehr bei der Wärmebildkamera ankommt.
Wir halten fest: CO2 trägt zum Treibhauseffekt nachweislich bei.
Hilft diese Erklärung weiter ?