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Groups > de.sci.physik > #146026

Re: Das 1,5 Grad Ziel ist nicht mehr zu halten

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Am 15.03.2023 um 08:28 schrieb Peter Mayer:
> Am 14.03.2023 um 07:15 schrieb Thomas Heger:
>
>>
>> Die aufegnommene Energie bewirkt interne Schwingungen des CO2-Moleküls.
>> diese gibt das Molekül in fast allen Fällen sofort wieder ab, indem es
>> IR-Photonen aussendet.
>
> In den unteren Atmospärenschichten ist die mittlere freie Weglänge der
> Luftmoleküle so klein, dass die angeregten CO2 Moleküle ihre Energie
> vorwiegend über Stöße abgeben bevor sie wieder abstrahlen könnten. Sie
> können allerdings neben der Strahlung auch durch Stöße wieder angeregt
> werden. Erst in einigen km Höhe wird die Atmosphäre so dünn, dass dort
> die Strahlung überwiegt und diese auch von anderen Treibhausgasen nicht
> mehr absorbiert wird. In dieser Schicht haben wir dann ein Gleichgewicht
> zwischen eingestrahlter Sonnenenergie und abgegebener Wärmestrahlung der
> Erde. Dies Schicht hat dann auch im Mittel eine Temperatur von -18 Grad
> wie die Stephan-Boltzmann Gleichung vorgibt.
>
>> Aber ein (kleiner) Teil der aufgenommenen Energie verbleibt im Molekül
>> und kann dann die umgebende Luft erwärmen.
>>
>> Diese Energieabgabe des CO2-Moleküls an die umgebende Luft ist der
>> eigentliche Beitrag des CO2 zur Klimaerwärmung, da der abgestrahlte Teil
>> ja wieder diffus abgestrahlt wird und daher nicht zur Erwärmung der Luft
>> führt.
>
> Der eigentliche Beitrag zur "Klimaerwärmung" ist, dass aus bodennahen
> Schichten die Strahlung auch den Erdboden trifft (s. Gegenstrahlung).
> Rein energetisch betrachtet dürfte aus der Sonneneinstrahlung die
> Erdoberfläche im Mittel nur ca.-18 Grad betragen, sie beträgt aber im
> Mittel ca. +15 Grad. Das (+15 Grad) bewirkt, dass die Erdoberfläche mehr
> Energie abstrahlt als sie von der Sonne bekommt. Die Differenz zwischen
> tatsächlich von der Erde abgestrahlten Energie und der eingestrahlten
> Sonnenergie ist die Gegenstrahlung, die aus dem Treibhauseffekt der
> Atmosphäre resultiert.
>
>>>> Jetzt kann ein mehr an CO2 also überhaupt nur nachts einen Effekt
>>>> bewirken, weil am Tag die Sonne scheint und deren Strahlen nicht gut
>>>> mit
>>>> dem CO2 interagieren.
>>> Du hast mal wieder überhaupt nicht verstanden, dass es beim
>>> Treibhauseffekt um die Strahlung der warmen Erdoberfläche geht,
>> Das hatte ich sehr wohl verstanden und auch so geschrieben.
>>
>> Allerdings hatte ich gemeint, dass die Abstrahlung von Wärme der Erde
>> ins All nur Nachts eine relvante Rolle spielt, da am Tag die Sonne das
>> Geschehen beherrscht.
>
> Der Erdboden strahlt tagsüber nicht schwächer als nachts. Und wenn Du
> eine Bilanzierung über die Strahlungsströme und die dadurch verursachte
> Erwärmung machen willst, geht es gar nicht, wenn Du von einer wichtigen
> Komponente (hier Gegenstrahlung) 50% einfach wegfallen lässt. ...

Natürlich nicht.

Aber es dürfte klar sein, dass am Tag mehr Strahlung von der Sonne kommt 
als vom Boden.

Vom Boden kommt die direkt reflektierte Strahlung und die vom Boden 
ausgehende IR Strahlung, die auf der Erwärmung des Bodens beruht.

Die direkt reflektierte Strahlung wird noch in etwa die 
Frequenzverteilung der einfallenden Strahlung haben und nur die 
Erwärmung des Bodens erzeugt das IR, welches ggf. das CO2 in der Luft 
erwärmt.

Jetzt ist dieser IR-Anteil natürlich kleiner als die einfallende 
Strahlung von der Sonne, da ja noch andere Effekte erzeugt werden als 
Erwärmung des Bodens.

Meiner Meinung nach müßte die Energie der vom Erdboden emittierten IR 
Strahlung SEHR viel kleiner als die des Sonnenlichts sein, da es ja das 
Sonnenlicht ist, was den Boden erwärmt.

Wenn man nun die Energiebilanz mit dem Sonnenlicht bzw. dem damit 
verbundenen Energiestrom beginnt, dann wird man erstmal die Dämpfung der 
einfallenden Strahlung durch die Atmosphäre berücksichtigen müssen.

Dann hat man Albedo des Bodens zu berücksichtigen und kommt so auf die 
reflektierte Strahlung.

Die vom Boden absorbierte Energie wird teilweise für dessen Erwärmung 
sorgen. Und ein Teil dieser Energie wird in Form von IR im passenden 
Bereich des Spektrums vom Boden ausgesandt und kann dann mit dem CO2 
interagieren.

Nur dieser Energiebetrag geht in die Rechnung (für das Klima) ein, da 
die Dämpfung des Sonnenlichts auf dem Weg von der Sonne zum Erdboden ja 
eine Dämpfung darstellt und keine Verstärkung.

Bei den Frequenzen ist CO2 ziemlich wählerisch und absorbiert nur ganz 
wenige und genau bestimmte Frequenzen.

Wenn man jetzt alle diese Faktoen multiplikativ verknüpft, also die 
jeweilligen zu berücksichtigenden Anteile multipliziert, dann dürfte ein 
eher kleiner Energiebetrag übrig bleiben.

Davon sollen etwa 50% eine Rückstrahlung des CO2 auf die Erde bewirken.

(Hier müßte man dann noch den Anteil des CO2 an der Luft berücksichtigen 
und den obigen Betrag mit 400 ppm multiplizieren.)

Diese Rückstrahlung bedeutet nun, dass um diesen Energiebetrag der 
Erdboden stärker erwärmt wird als wenn es kein CO2 gäbe in der Luft.

Aber hier wäre der wirklich relavante Einfluss auf den Erdboden 
natürlich NICHT dieser eher kleine Betrag der Rückstrahlung, sondern die 
sehr viel stärkere Sonnenstrahlung, welche sozusagen das Geschehen 
dominiert.



>>> welche von CO2 und anderen Treibhausgasen absorbiert wird. Ob die
>>> Wellenlänge der Sonneneinstrahlung in der Atmosphäre dabei zur Anregung
>>> des CO2 geeignet ist oder nicht, ist dabei nebensächlich.
>> Das CO2 absorbiert die Strahlung der Sonne überhaupt nicht, sondern wird
>> in einem gewissen Frequenzbereich des langwelligen IR zu internen
>> Schwingungen angeregt.
>
> Das CO2 absorbiert auch tagsüber die von der Erde abgestrahlte Energie
> in dem Wellenlängenbereich in dem es Absorptionsbande hat unabhängig
> davon ob CO2 sichtbares Licht absorbiert.
>
>> Die aufgenommene Energie wird zum weit überwiegenden Teil sofort wieder
>> diffus abgestrahlt. Die verbleibende Energie erwärmt erst das Molekül
>> und dann indirekt die umgebende Luft.
>
> Nein. s.o.

Doch.

Ich halte die sogn. kinetische Gastheorie in diesem Zusammenhang für 
Quatsch. Tatsächlich sind es interne Freiheitsgrade des einzelnen 
Moleküls, welche eine Absorption von IR durch CO2 ermöglichen.

Das kann man recht eindeutig aus dem Spektrum dieser Absorption schließen.

Würde nämlich die Statistik der kinetischen Gastheorie anwendbar sein, 
dann kämme man nicht auf so schöne, saubere Muster beim Frequenzverlauf 
der Absorption.

Also wird auch das jeweils einzelne Molekül erwärmt durch Absorption und 
nicht etwa ein Ensamble von Luftmolekülen.

Dieser Umstand ist hier total wichtig, weswegen ich darauf gesondert 
hinweisen möchte.

Wenn nämlich interne Freiheitsgrade der einzelnen CO2 Moleküle für die 
Absorption sorgen, dann wäre die Abgabe der Wärme an die umgebende Luft 
Wärmeleitung.

Würdest du recht haben und die kinetische Gastheorie anwendbar sein, 
dann wäre die Luft selber das erwärmte Objekt und nicht das einzelne 
Molekül.

Der Unterschied wäre, dass in meinem Fall die Erwärmung proportional zum 
Anteil des CO2 an der Luft wäre und in deinem Fall nicht.

Es bewirkt aber einen gewaltigen Unterschied in der Energiebilanz, ob 
man den Faktor 400 ppm nun multiplizieren soll oder nicht.

Ich meinte, dass man das müßte und dass die Wirkung des CO2 proportional 
zu seiner Menge sein wird.

...


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