Re: Beruht die Lufttemperatur Ã?BERHAUPT auf der Zusammensetzung der Luft?

From	Thomas Heger <ttt_heg@web.de>
Newsgroups	de.sci.physik
Subject	Re: Beruht die Lufttemperatur Ã?BERHAUPT auf der Zusammensetzung der Luft?
Date	2023-10-29 07:33 +0100
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Am 28.10.2023 um 11:17 schrieb Carla Schneider:
> Thomas Heger wrote:
>>
>> Hi NG
>>
>> Ich brüte gerade über der Frage, ob die Zusammensetzung der Luft einen
>> Einfluss auf die Lufttemepratur hat.
>>
>> Dabei meine ich mit Luft 'saubere und trockene Luft ohne Wolken'.
>>
>> Scheint nun Sonne auf diese Luft, dann wird wohl die meiste Strahlung
>> einfach dort hindurch scheinen.
>>
>> Irendwie erwärmt werden könnte die Luft nur, wenn die Sonnenstrahlung
>> mit der Luft interagiert indem bestimmte Frequenzen daraus absorbiert
>> werden.
>>
>> Die meiste Energie kommt dabei im Bereich der hohen Frequenzen auf die Erde.
>
> In den Wellenlaengen von 400nm bis 800nm also dem sichtbaren Licht.
>

Die Atmosphäre ist Teil der Erde und deshalb gehört die von der oberen 
Atmosphäre absorbierte Strahlung mit zur Strahlungsbilanz der Erde.

Da die Sonne nun ziemlich viel UV abstrahlt und dies von der oberen 
Atmosphäre glücklicherweise gefiltert wird, erreicht uns am Boden 
ziemlich viel Sonnenenergie nicht.

Was uns erreicht ist nahes UV, sichtbares Licht und nahes IR. Außerdem 
gibt es noch das sogn. atmosphärische Fenster von imho 8 bis 13 my.

Das wäre es im wesentlichen.


>>
>> Diese werden zum größten Teil von der oberen Atmosphäre absorbiert, (was
>> hier aber nicht interessiert da weit oben).
>
> Das geschieht im UV-Bereich, also Wellenlaengen kleiner 400nm.
> Es interessiert deshalb nicht so sehr weil das nur ein kleiner Anteil der von
> der Sonne kommenden Strahlungsleistung betrifft.

?

Das wäre mal die Frage, ob der Teil klein ist.
>
>>
>> Vom nahen UV bis zu nahen IR ist die Atmosphäre weitgehend durchlässig
>> und absorbiert also wenig.
> Stimmt.
>
>>
>> Im langen IR gibt es noch mal ein 'Atmosphärisches Fenster' durch
>> welches auch Strahlen ins All gelangen oder von dort kommen können.
> https://de.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A4risches_Fenster#/media/Datei:Atmospheric_electromagnetic_opacity-de.svg
>
>>
>> Ansonsten ist die Atmosphäre weitgehend undurchlässig für Strahlung.
>>
>> Wenn nun ein Molekül der Luft eine Photon einfängt, dann erhöht sich
>> dessen Energie-Zustand vorübergehend und das Molekül gibt die Energie
>> nach kurzer Zeit wieder ab in Form eines Photons, welches aber u.U. eine
>> andere Frequenz oder Richtung haben kann als das absorbierte.
>
> Das ist die Absorption im UV Bereich, ein Elektron wird angeregt und
> regt sich wieder ab...

Das ist laut der von mir bisher gelesenen Quellen auch das Verhalten der 
Molekül-Schwingungen, welche für die Absorbtion des CO2 verantwortlich sind.

Diese Schwingungsmoden verhalten sich so ähnlich wie die 
Elektronenhüllen und können auch auf bestimmten Frequenzen angeregt 
werden und diese Energie auch wieder abgeben in Form von 
'Fluoreszenz-Photonen'.


>>
>> Mein Problem ist nun, dass ich keinen Mechanismus erkennen kann, welcher
>> ggf. die Lufttemperatur erhöhen könnte, da Temperatur etwas anderes ist
>> als die internen Schwingungszustände eines Atoms oder Moleküls.
>
> Die Molekuele schwingen und rotieren bewegen sich linear und stossen miteinander.
> Dadurch ist die Temperatur der Schwingung und Rotation gleich der Temperatur der
> Geschwindigkeitsverteilung.

Wodurch stoßen die Moleküle linear?

Die Schwingungen durch die absorbierten Photonen sind interne Zustände 
des Moleküls und bewirken daher keine Bewegung des Moleküls.

Das muß so sein, da die Moleküle sonst die Photonen nicht wieder 
aussenden könnten (was sie aber tun).
>
> Die Rotation und Schwingung von Sauerstoff und Stickstoff reagiert aber nicht
> mit der Strahlung der Rotationsfrequenz oder Schwingfrequenz, da das elektrische
> Dipolmoment fehlt, man sieht sie nur durch Ramanstreuung, da wird aber das
> Photon nicht absorbiert.


Schön, aber wir waren eigentlich beim CO2.

> Wassermolekuele haben so ein Dipolmoment, und bei CO2 gibts eine Schwingungsmode
> bei der eines entsteht, naemlich wenn C Atom um seine Mittellage zwischen
> den beiden O Atomen hin und her schwingt. Diese beiden Molekuele
> absorbieren und emittieren in einem Wellenlaengenbereich im Infraroten.

Es gibt wohl eine ganze Reihe energetisch rel. nah beieinander liegende 
Schwingungsmoden, wo das CO2 Energie aus der Strahlung aufnehmen kann 
und in interne Schwingungen umsetzt.

Da das CO2 Molekül gerade und langestreckt ist, würde ich außer der von 
dir beschriebenen Schwingung eine Biegeschwingung ('Banane') vermuten.

Auch eine Rotation um die Hoch- oder Längsachse könnte man sich vorstellen.

Aber diese haben immer ganz spezifische Energieniveaus, weswegen das CO2 
zwewcks Resonanz bestimmte Frequenzen dafür braucht.

Für die irregulären Zitterbewegungen die wir 'Temperatur' nennen 
bräuchte man noch einen plausiblen Grund (den ich nicht sehe).


> D.h. darueber ist ihre Temperatur der Luft an die Strahlung angekoppelt.
> Es gilt der https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichverteilungssatz
>
>
>
>
>>
>> Meiner Ansicht nach erhöht sich die Lufttemperatur nicht nennenswert bei
>> Durchstrahlung, sondern durch Erwärmung des Bodens, welcher wiederum
>> Wärme an die Luft abgibt.
>
> Mit Ausnahmen, die Ozonschicht ist eine.
>
>>
>> Dies ist möglich, da zwei der drei möglichen Formen der
>> Wärmeübertrahlung (Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion) beim
>> Kontakt der Luft mit dem Boden möglich sind, selbst wenn die Luft keine
>> Energie aus der Strahlung zwecks Temepraturerhöhung ziehen würde.
>>
>> Dies deckt sich mit der Beobachtung, dass Luft am Boden dann besonders
>> warm ist, wenn der Boden sehr warm ist (etwa über Asphalt im Sommer).
>>
>> Die Bodentemperatur wird aber nicht von der Zusammensetzung der
>> (sauberen) Luft bestimmt, sondern ist eine Funktion von Albedo,
>> Verdunstung, Wolken (und dem übrigen Wetter) und Sonneneinstrahlung.
>
> Die Bodentemperatur wird von der Temperatur der Luft darueber beeinflusst.
> Das kann man sehr gut bei wolkenlosem Wetter im Fruehling sehen.
> Anfang Mai kann es da in Deutschland 25°C Hoechsttemperatur am Nachmittag
> haben, oder auch nur 5° wenn gerade Polarluft aus Nordosten einfliesst.
> Entsprechend hat dann auch die Oberflaeche des Bodens eine um 20°C unterschiedliche
> Temperatur trotz gleichem Sonnenstand bei gleicher Uhrzeit.
>
> Besonders stark wird die Bodentemperatur Nachts bei klarem Himmel
> durch die Luftfeuchte  beeinflusst.
> Bei sehr trockener Luft wird es sehr kalt, je feuchter die Luft
> desto hoeher die Tiefstemperatur.
> Dadurch kommen die kalten Naechte in der Wueste, aber auch in Deutschland im Fruehling
> bei trockener Luft.
>
> Das kommt durch die Atmosphaerische Gegenstrahlung,
>
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