Treibhauseffekt – ein forscher Irrtum

von H. Thieme

Nach wie vor werden abenteuerliche Visionen über bevorstehende, vom Menschen verursachte klimatische Veränderungen in die Welt gesetzt. So erschien Anfang Januar 1999 die Meldung, daß infolge von menschenverursachter Klimabeeinflussung der Golfstrom innerhalb der nächsten dreißig bis fünfzig Jahren verschwinden könnte. Dies hätte zweifellos dramatische Konsequenzen für das Leben auch in unserem Land. Nach wie vor werden aber weder verständliche noch überzeugende Erklärungen der Ursachen der befürchteten Veränderungen präsentiert. Insbesondere stehen die bisher bekannten Erklärungsversuche einer Klimabeeinflussung im krassen Widerspruch zum Wissensstand der Physik.

Von den Verkündern einer zu erwartenden Klimakatastrophe wird dabei so gut wie ausschließlich die These angeführt, daß durch Veränderung der Anteile von Spurengasen in der Atmosphäre die Wärmeabstrahlung der Erde in Richtung All vermehrt behindert wird. Hierdurch würde sich die Atmosphäre verstärkt aufwärmen, Klimaänderungen verursacht, wobei die Atmosphäre wie ein Treibhaus wirke.

Zweifellos hat beispielsweise ein beträchtlich schwankender Wassergehalt in der unteren Atmosphäre kräftige Wirkungen auf die Temperaturverhältnisse in unserem Lebensraum. Es ist von jedermann einfach zu beobachten, daß es bei klarem Himmel nachts wesentlich kühler wird als bei einer geschlossenen Wolkendecke. Schiebt sich am Tag eine Wolke vor die Sonne, wird die ausfallende Sonnenstrahlung sofort spürbar. Damit sind die Strahlungswirkungen, besser: Reflexionswirkungen, des kondensierten oder erstarrten Wasseranteils in der Luft bereits skizziert. Aber gerade Einwirkungen der Menschheit auf den Wasserinhalt der Atmosphäre und dadurch mögliche Temperaturwirkungen werden von den Anhängern der Treibhaus-These bislang als unerheblich dargestellt.

Die Klimabedrohung soll von ansteigenden Anteilen von Gasen wie CO2 (hauptsächlich) und daneben noch O3, N2O, CH4 ausgehen. Diese Gase sind zwar nur in verschwindend geringen Mengen, als " Spurengase", in der Luft enthalten, darunter ist CO2 ist mit einem Anteil von knapp 0,04 Prozent noch am stärksten vorhanden, es ist aber ein Ansteigen insbesondere des CO2-Anteils zu verzeichnen. Bei einem weiterem Anstieg sollen hieraus folgenschwere Aufheizeffekte der Atmosphäre resultieren. Die Begründung dieser erwarteten Aufheizeffekte war und ist bislang nebulös. Anfangs war davon die Rede, daß die Spurengase in der Luft die von der Erde abgehende Wärmestrahlung reflektieren und damit zur Erdoberfläche zurücklenken (Rückstrahlung). Nachdem den Anhängern der Treibhaus- These verständlich gemacht worden ist, daß in der Luft fein verteilte Moleküle, wie z. B. die vom CO2, keine Reflexionswirkungen zeigen und diese deshalb auch keine Rückstrahlung verursachen können, wurde die Argumentation auf eine thermische Rückstrahlung (Strahlung auf Grund der Temperatur des Strahlers) umgestellt. Weil aber mit der Höhe in der Atmosphäre die Temperatur abnimmt, und deshalb keine Energie-Rückübertragung aus auf diesem Wege möglich ist, wurde jetzt vom Umweltbundesamt in der Schrift "Klimaänderung: Ein wissenschaftlicher Popanz?" unter These 10 eine weitere unhaltbare Argumentation vorgestellt. Dort wird erläutert, daß die von der Erde abgehende Strahlung "...teilweise von den in der Atmosphäre befindlichen optisch aktiven Gaskomponenten, ....., aufgenommen (absorbiert) und entsprechend den Gesetzen der Quantenphysik in gleichem Maße wieder abgegeben (reemitiert) wird".

Es ist bekannt, daß Strahlung mittels der Quantenphysik erklärt werden kann. Aus der Wärmelehre ist aber auch bekannt, daß Energie im wesentlichen dann über Strahlung abgegeben wird, wenn die anderen Wege zur Energieabfuhr, nämlich Konvektion (Wärmeübergang) und Wärmeleitung, nicht oder nicht in ausreichendem Maße genutzt werden können. Letzteres trifft insbesondere für das Vakuum bzw. vakuum-ähnliche Zustände zu, z. B. bei der Übertragung der Sonnenenergie durch das All. Will man experimentell innerhalb von Gasen eine Energieabgabe einzelner Gasmoleküle durch Strahlung erreichen, so müssen entweder die Gase in erheblicher Verdünnung, praktisch in vakuum-ähnlichen Druckzuständen vorliegen, oder aber die dem Gas zugeführte und dann wieder abzugebende Leistung muß beträchtliche Leistungsdichten erreichen. Unter Bedingungen der unteren Atmosphäre, also im Luftraum bis rd. 25 km Höhe, gibt es weder die eine noch die andere Voraussetzung für das Auftreten quantenphysikalischer Reemission empfangener Wärmestrahlung einzelner Moleküle. In diesem Bereich wird ggf. die durch Absorption von Strahlung aufgenommene Energie unverzüglich in die Form Wärme transformiert und ebenso schnell durch Konvektion und Leitung an die unmittelbare Umgebung abgegeben. Der experimentelle Nachweis von (Re-)Emission auf quantenphysikalischer Grundlage unter den Bedingungen der unteren Atmosphäre ist zudem bisher nicht erbracht worden. Dabei wäre diese Reemission, wenn es sie denn gäbe, recht einfach nachzuweisen.

Und wir können zufrieden mit diesem Sachverhalt sein. Würde die gegebenenfalls von einzelnen Molekülen innerhalb von Gasgemischen absorbierte Strahlung nicht in Wärme transformiert, sondern, wie jetzt behauptet, in gleicher Qualität wieder abgestrahlt, dann würde beispielsweise die UV-Strahlung der Sonne nicht vom Ozon der Atmosphäre herausgefiltert werden können; die Hälfte der von der Sonne an der Grenze der Atmosphäre eintreffenden UV-Strahlung käme dann noch am Erdboden an.

Eine Rückstrahlung der von der Erdoberfläche abgehenden Wärmeabstrahlung wieder zur Erde hin wäre ausschließlich durch Reflexion möglich, ähnlich der Wirkung der Alu-Folie unter der Wärmeisolierung in unseren Dächern. Reflexion gibt es jedoch durch das in der Lufthülle (unterste ca. 25 km der Atmosphäre) gleichmäßig verteilte CO2 nicht. Reflexion, wie Brechung, dies ist aus der Strahlenoptik bekannt, tritt nur an Grenzschichten von Stoffen unterschiedlicher optischer Dichte oder an Phasengrenzen eines Stoffes oder Stoffgemisches (fest-flüssig, flüssig-gasförmig, fest-gasförmig) auf, so z.B. an Wassertropfen oder Eiskristallen in/an der feuchten Luft, an der Grenze Luft-Wasser, nicht aber innerhalb von homogenen Stoffen, wie z. B. Gase und Gasgemische (Luft), Wasser, Glas.

Die Absorption von Strahlungsenergie innerhalb der Lufthülle, verursacht von Bestandteilen wie CO2, führt nun aber keineswegs zu einer Erwärmung. Die Gründe hierfür sind weitgehend bekannt und können wie folgt zusammengefaßt werden:

In der Lufthülle der Erde sinkt auf Grund des mit der Höhe abnehmenden Druckes die Temperatur kontinuierlich, bei trockener Luft um 1oC je 100 m Höhe, unter üblichen atmosphärischen Bedingungen (feuchte Luft) um etwa 0,7oC je 100 m Höhe. Oben ist es also kälter als unten.

Wenn innerhalb der Atmosphäre Wärmeabstrahlung der Erde absorbiert wird, erwärmt sich die absorbierende Materie. Der für einen Ruhezustand der Luftschichten notwendige und gegebenenfalls zuvor bestandene vertikale Verlauf von Temperatur, Volumen und Druck wird gestört. Luft dehnt sich bei Erwärmung aus, wird bezogen auf die Volumeneinheit leichter als die umgebende, auch darüberliegende, kühlere Luft, und steigt deshalb auf. Gegebenenfalls absorbierte Wärme wird durch Luftmassenaustausch abgeführt. Ebenso wie jene Wärme, die der Luft durch Konvektion zugeführt wird. Es kommt somit zur Abfuhr der absorbierten Wärme durch Aufsteigen der erwärmten Luft. Dieser Vorgang ist übrigens auch unter dem Begriff Thermik geläufig. Beim Aufsteigen der Luft sinkt gleichzeitig durch Ausdehnung infolge Druckabnahme deren Temperatur, so daß sich keine Erwärmung einstellt.

Voraussetzung für jede Art der Wärmeübertragung ist stets, daß der Absender wärmer ist, also eine höhere Temperatur ausweist als der Empfänger. Die durch Strahlung übertragbare Wärme ist dabei proportional der Differenz der jeweils 4. Potenzen der Temperaturen des aussendenden und des empfangenden Ortes. Wegen der einheitlichen Temperatur innerhalb kleinster Gasvolumina in der Luft und der mit der Höhe rückläufigen Temperatur ist es ausgeschlossen, daß es z. B. durch CO2-Anteile zu einer Rückübertragung der von der Erde oder erdnäher liegenden Schichten abgehenden Wärmeabstrahlung wieder zur Erde hin kommen kann.

Wenn im untersten Bereich der Atmosphäre die Temperatur ansteigen soll, dann muß es innerhalb des gesamten Bereiches der Lufthülle, also von Bodennähe bis zum oberen Rand des Bereichs der Lufthülle, wo der Übergang vom Gaszustand zum Vakuum eintritt, zu einer Erhöhung der Temperatur kommen. Dies ist jedoch auszuschließen, da mit einem Temperaturanstieg am oberen Rand der Lufthülle die Abstrahlungsleistung in Richtung All (Hintergrundtemperatur des Alls: etwa -271o C) ansteigen würde. Somit stiege dann dort die Kühlleistung und damit die Wärmeabfuhr an, womit ein eventueller vorheriger Temperaturanstieg wieder ausgeglichen würde.

Vielfach gebrauchen Klimatologen beim Beschreiben von Energiezuständen den Begriff Strahlungsgleichgewicht. Im Grenzbereich Gas-Lufthülle zum vakuum-ähnlichen Bereich, wäre dieser richtig angewendet. In tieferliegenden Regionen gilt jedoch das thermodynamische Gleichgewicht, welches bedeutet, daß sämtliche, wie auch immer empfangene Energie entweder gespeichert - verbunden mit Erwärmung, Ausdehnung und/oder Druckerhöhung, Stoffumwandlung - oder aber wieder abgegeben wird, und zwar über Konvektion, Leitung und auch Strahlung. Es dürfte ein Basis-Irrtum der Klimatologen sein, vom "Strahlungsantrieb" des Klimas zu sprechen und sich lediglich mit der Energieübertragung durch Strahlung zu befassen.

Auch die von Klimatologen vielfach dargelegte Annahme, daß es ohne "...den weitgehend durch die Eigenschaft bestimmter Spurengase... " in der Atmosphäre verursachten Treibhauseffekt ("...daran ist...CO2 mit 62 % beteiligt..."), wie beispielsweise der Frankfurter Geowissenschaftler Schönwiese ausführt, wesentlich kälter auf der Erde wäre, ist unzutreffend. Jede Atmosphäre führt im Vergleich zum Fehlen einer solchen zu völlig anderen Verhältnissen. Je höher dabei die Gashülle, je höher der Gasdruck am Boden der Gashülle ist, desto wärmer ist es auch im unteren Bereich der Gashülle. Enthielte unsere Atmosphäre beispielsweise die doppelte Luftmenge, hätten wir also einen Luftdruck von 2 bar in Meereshöhe, dann wäre es hier auch um ungefähr 35o C wärmer. Dies wäre ausschließlich die Folge dessen, daß mehr Atmosphäre vorhanden wäre. Dabei spielen Spurengasanteile, wie z. B. die des CO2, keine Rolle.

Zur Vermeidung von Mißverständnissen wäre es sinnvoll, nicht mehr den Begriff "Treibhauseffekt" für die Beschreibung der Verhältnisse in einer Atmosphäre zu verwenden. Richtiger wäre es, von einem "Atmosphäreneffekt" zu sprechen, um die Temperaturwirkungen der Atmosphäre zu beschreiben und zu erklären. Wenn die Erdatmosphäre unter sonst unveränderten Bedingungen keine der o. a. Spurengase enthielte, wäre es am Boden dieser Atmosphäre ebenso warm wie es mit diesen Spurengasanteilen ist. Minimal-Anteile der obengenannten Gase können lediglich die Methode der Wärmeabfuhr beeinflussen, nämlich Strahlung oder Konvektion (mit Massenaustausch), nicht aber die Transportrichtung. Eine Erwärmungswirkung im Lebensraum der Menschheit durch höhere Spurengasanteile kann und muß deshalb ausgeschlossen werden.

Grundsätzlich anders ist es jedoch mit dem Wasser in der Luft. Dieses tritt in drei Aggregatszuständen auf. Die feste und die flüssige Form (Wolken) zeigen gravierend andere Strahlungseigenschaften als Gase: sie reflektieren. Damit hat ausschließlich Wasser Qualitäten, die den Reflexionswirkungen eines Treibhausdaches (reflektierende, allerdings örtlich fixierte und einigermaßen gasdichte Glasscheibe oder Folie) ähnlich sind. Den vertikalen Luftaustausch können Wolken jedoch nicht verhindern. Darüber hinaus werden bei Kondensation und Erstarrung des Wasseranteils der Luft erhebliche Wärmemengen abgegeben, gegen die die Wärmetransport- und -speichermöglichkeiten der Spurengase völlig unbedeutend sind.

Nennenswerte Erhöhungen des Wassergehaltes der Atmosphäre würden zudem auf mehrfache Weise Temperatur und Wetter verändern:

Letztere Wirkung ist jedoch keinesfalls erheblich. Unterstellt man z. B. eine 20-prozentige Steigerung des Wassergehalts (von 2,5% auf 3%), so erhöhte sich der Luftdruck um ungefähr 5 mbar, woraus eine Temperaturerhöhung von rd. 0,3o C resultierte. Aber gleichzeitig gäbe es mit der einhergehenden Erhöhung der Niederschlagsmenge auch eine gegenläufige Entwicklung.

Die Temperaturbedingungen in unserem Lebensraum haben wir - neben der durch die Sonne zugeführten Energie - allein dem Vorhandensein und den Eigenschaften der Lufthülle einschließlich der Präsenz des Wassers zu verdanken. Solange die Luft in trockenem Zustand 79% Stickstoff und 21% Sauerstoff und unter Normalbedingungen außerdem Feuchtigkeit enthält, der Luftdruck in Meereshöhe weiterhin bei ungefähr 1 bar bleibt, können die Spurengase keine anderen Qualitäten und Wirkungen erzeugen. Nach dem Wissensstand der Physik, insbesondere der Thermodynamik (Wärmelehre), ist es ausgeschlossen, daß es durch Spurenanteile von CO2 und/oder anderen vergleichbaren Gasen in der Luft zu einer Erwärmung bzw. zu einem Klimaproblem kommen kann. Lediglich der Wassergehalt der Atmosphäre ist klimawirksam. Die Wirkungen unterschiedlicher Wassergehalte dürften jedoch im Bereich der bisher beobachteten Klimavariationen in der Spanne von trockenen und feuchten Jahren liegen, also keine katastrophalen Ausmaße annehmen.

Dipl.- Ing. Heinz Thieme  heinz.thieme@gmx.net 

siehe auch: http://people.freenet.de/klima/Einfluss.htm


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Kommentar von MM-Physik
Der Artikel stellt ähnlich wie Thuenes Buch den Treibhauseffekt vollständig in Frage.
Die Gedankengänge werden gut verständlich und nachvollziehbar dargestellt.
Tatsächlich hinkt der Vergleich der statisch wie dynamisch variablen Lufthülle der Erde mit einem Glaskasten. Die Dominanz der Konvektionszonen gegenüber der Strahlungszonen in der Lufthülle werden dem Laien verständlich dargestellt.
Ein leicht wärmender Mantel wäre wohl ein besserer Vergleich.
Trotzdem hat sich in der Fachliteratur Treibhauseffekt als Name eingebürgert.
Bessere Computermodelle versuchen neuerdings den Wasserdampf, wie die Wolken und die Konvektion einzubauen - Unternehmen die mich nur an den Turmbau zu Babel erinnern. Die vielen vielen Parameter erzwingen mehr und mehr Differenzialgleichungen. Letztere sind aber nur mit endlicher Genauigkeit (sagen wir mal 10-14) errechenbar. Die Prognosen des Gesamtmodells müssen dann ins rechnerisch bedingte Chaos abtreiben,
es sei denn man glättet die Modellwechselwirkungen, was dann wieder zur Verfälschung des zu Grunde gelegten wissenschaftlichen Modells bedeutet.
Die Empirie scheint den Gedankengängen von Thieme recht zugeben. Andere Faktoren wie simple Reflexion der Strahlung an Wolken, Veränderung der Solareinstrahlung usw.
scheinen zu dominieren. Dies sollte aber nicht zu sorglosen Verbrennung fossiler Energieträger führen, wir haben sowie so nicht unbegrenzte Vorräte!
Schulphysik

 

Gefunden (Goethe Gedicht) Gramschatzer Wald, bei Würzburg

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