Klimawandel; Atmosphären- oder Treibhauseffekt?

 

Die Erdatmosphäre - ein Wärmespeicher

 

Keine Klimaveränderung durch erhöhtes Kohlendioxyd-Immissionsniveau, das Energiesystem Erde/Atmosphäre ist stabil, Wolken bestimmen die Energiezu- und -abfuhr des Systems Erde/Atmosphäre und damit Wetter und Klima. Abschließende Erläuterung der Schlüssigkeit des sogenannten Treibhauseffektes im Nachtrag (Überlegungen zum sogenannten "Treibhauseffekt“)

 

von Heinz Thieme*

The topic of anthropogenic climate change as consequence of the use of fossil energies and a higher input of carbon dioxide (CO2) into the atmosphere is still virulent. Neither the entire CO2-cycle is yet understood in detail, nor the interconnections of higher CO2-contents in the atmosphere onto the energetic processes in the atmosphere which weather and thus climate form are sufficiently clarified by climate alarmists. The assumptions of a climate change caused by humans are justified with the assumption that an increase of the CO2-level in the atmosphere obstructs the energy removal from the system earth/atmosphere into the space. The implementation of the Kyoto Protocol means already expensive measures for the reduction of the CO2-emissions. These measures cause charges to our national economies. The use of the expert knowledge existing particularly in the field of thermodynamics could have promptly terminated the present political development. This knowledge is available and widely used within the branch of the electricity generation in thermal power stations. This knowledge proves strong differences to the ideas in climate modelling. But instead of being advised by trustworthy science, the politicians still have blind confidence in assumed expert knowledge in the field of the climate modelling as well in the belief of the climate alarmists. General aspects of the difference between air temperature and energy content of the air, of the energy input into the system earth/atmosphere, the storage in it and the output of the energy into the space are analysed. This analyse shows finally that the energetic system earth/atmosphere is a stable one. With use of scientific basic knowledge no endangerment of the climatic conditions on our earth is to be recognized by a higher CO2-level in the air. The uppermost important energetic terrestrial influences onto the system earth/atmosphere rely on the changing content of water in the air: moisture and especially clouds. Finally the effect of the so-called greenhouse gases is explained: solely these substances remove heat out of the atmosphere. In an earth’s atmosphere without such radiating substances it would be too hot for the today existing life.

 

Das Thema einer vermuteten, vom Menschen verursachten Beeinflussung des Klimas ist weiter aktuell: Als Folge der Verwendung fossiler Energieträger und des dadurch verstärkten Eintrags von Kohlendioxyd (CO2) in die Lufthülle der Erde bzw. einem steigenden CO2-Gehalt darin, soll es zu höheren Temperaturen auf der Erde kommen. Die Ursache der vermuteten Verknüpfung von CO2-Immissionsniveau und klimatischen Bedingungen sind Temperaturmeßreihen über den Zeitraum der vergangenen 200 Jahre. Es werden gegenwärtig bereits kostspielige Maßnahmen zur Verminderung der CO2-Emissionen getroffen, um dadurch auch das CO2-Immisionsniveau abzusenken. Die angenommenen Wirkungszusammenhänge zwischen CO2-Gehalt der Luft und Temperaturen im untersten Bereich der Atmosphäre beruhen nicht auf wissenschaftlichen Erkenntnissen. Allein aus Temperaturverläufen können keine belastbaren Schlüsse über etwaige Klimaveränderungen gezogen werden. Im folgenden werden die Gegebenheiten und Verhältnisse des Energieein- und -austrags in das/aus dem System Erde/Atmosphäre und des Verbleibs der Energie in diesem System auf der Basis des heutigen Wissensstandes erläutert.

 

1. Die Lufthülle der Erde - ein Wärmespeicher

Auch wenn wir meinen, „auf“ der Erde zu leben, sollte bewußt sein, daß wir uns zugleich am Boden eines Ozeans aus Luft bewegen. Unter uns haben wir zumeist feste, gelegentlich auch flüssige Materie, um uns herum im Regelfall aber gasförmige Materie, die umgebende Luft. Wir befinden uns nicht im geringsten im materiefreien Raum, im Vakuum. Und wenn wir ganz genau sein wollen, dann müssen wir zugeben, daß die übliche Messung unseres Körpergewichtes mittels einer Waage auf Meereshöhen-Niveau einen minimal, um rd. 0,13 Prozent zu geringen Wert liefert: Den Auftrieb durch die Luft vernachlässigen wir bei diesem Wiegen. 

Wir leben zudem in einem Energiespeicher. Luft, verstärkt im Zusammenwirken mit der darin enthaltenen Feuchtigkeit, speichert Wärme. Dies ist  vor allem die über die Sonneneinstrahlung zugeführte Wärme. Gegenüber der Sonneneinstrahlung sind sämtliche anderen freigesetzten Wärmemengen, wie z.B. durch Verbrennen von Energieträgern, Erdwärme geologischen Ursprungs u.a.m. von vernachlässigbarem Einfluß.

Über die uns umgebende Luft nehmen wir den für unseren Stoffwechsel nötigen Sauerstoff auf (rd. 21% der trockenen Luft sind Sauerstoff), in diese Luft geben wir ein Endprodukt unseres zum Lebenserhalt erforderlichen Stoffwechsels, das CO2 ab, und zwar pro Kopf und Jahr ungefähr 350 kg. Die Luft nutzen wir auch zur Temperierung, d.h. Kühlung, ggf. auch Erwärmung sowie zur Ventilierung unseres Körpers, indem wir Wärme (als Produkt unseres Stoffwechsels) über Konvektion und Verdunstung von Wasser, zum geringen Teil auch durch Strahlung, an die Umgebung abgeben. Dabei ist die Eigenschaft der Luft, daß sie äußerst  beweglich ist und schon bei kleinsten Dichteunterschieden von selbst in Bewegung gerät (siehe [1]), Voraussetzung für das menschliche Leben, für das tierische Leben nur insoweit, wie Lungenatmung vorliegt. Durch diese Eigenschaft der Luft ersticken wir nicht in der von uns ausgeatmeten Luft, stören uns nicht so an den Ausdünstungen unseres Körpers. Wenn es uns zu kalt ist, versuchen wir sowohl Konvektion als auch Verdunstung zu unterbinden, indem wir uns isolierende, die Zirkulation der uns umgebenden Luft in unmittelbarer Nähe unserer Haut unterbindende Materialien (Kleidung) umlegen. In unseren Wohnungen erwärmen wir gegebenenfalls die Luft, um uns auch mit leichter Kleidung bei unangenehm niedrigen Außentemperaturen wohlfühlen zu können.

Die Luft, in Verbindung mit dem auf unserem Planeten zumeist üppig vorhandenen Wasser und der jeweils darin enthaltenen Wärme ist die Ursache dafür, daß es Wetter und in längerfristiger Sicht Klima (den statistischen Mittelwert des Wetters über einen Zeitraum von 30 Jahren) gibt. Schon 1824 hatte dieses der Physiker Sidi Carnot erkannt: “Der Wärme sind die bedeutenden Bewegungen zuzuschreiben, die wir überall um uns auf der Erde beobachten. Wärme ist die Ursache der Strömungen in der Atmosphäre, der aufsteigenden Wolkenbewegungen, des Regens und anderer atmosphärischer Erscheinungen). Und damit ist schon auf die Minimalvoraussetzung zum Verstehen der Wettervorgänge, der physikalischen Gegebenheiten und Abläufe im untersten Bereich der Atmosphäre, hingewiesen, nämlich eine gewisse Kenntnis der Grundlagen der Wärmelehre.

 

2. Ein paar Grundlagen

Es müssen zunächst einige Begriffe geklärt werden. Was ist Wärme? Wir empfinden Wärme als Temperaturzustand der uns umgebenden Materie, als Wärme in der Luft oder gegebenenfalls als Wärme des Badewassers oder sonstiger Medien. Wärme ist eine Form von Energie, sie wird verknüpft mit der ungeordneten Bewegung der Atome bzw. Moleküle eines Stoffes bzw. von Stoffgemischen. Wärme ist also immer mit dem Vorhandensein von Materie, des Wärmeträgers, verbunden. Im materiefreien Raum gibt es keine Wärme.

In der Wärmelehre (Thermodynamik) wird Wärme als Energieform mit besonderen Übertragungseigenschaften definiert: „Wärme ist Energie, die allein auf Grund eines Temperaturunterschiedes zwischen einem System und seiner Umgebung (oder zwischen zwei Systemen) über die gemeinsame Systemgrenze übertragen wird“ [2]. Wir empfinden also Wärme auf Grund des Übergangs derselben vom uns umgebenden Medium auf uns oder umgekehrt. Eine ähnliche Definition „Wärme ist (...) die Energieform, die bei der Wechselwirkung eines Systems mit einem anderen auf Grund einer Temperaturdifferenz über die Systemgrenze fließt“ [3]. Wärme ist Energie, es gibt eine Gleichwertigkeit von Wärme und Arbeit. Physikalische Einheiten der Wärme bzw. Energie bzw. Arbeit sind u.a. Kalorien (cal), Joule (J), Wattsekunden (Ws) und die jeweils größeren Einheiten davon.

Dabei ist nun der Begriff der Temperatur aufgetaucht. Die Temperatur ist eine Größe, die über den Zustand der mittleren Bewegungsenergie der Atome und Moleküle der betrachteten Materie Auskunft gibt. Die Temperatur eines Körpers ist der mittleren Bewegungsenergie seiner Atome und Moleküle proportional. Die Temperatur wird anhand von Skalen festgelegt. Der absolute Nullpunkt liegt bei 0 K bzw. -273,15°C, tiefere Temperaturen gibt es nicht. Die Temperatur ist durch Vergleich der Zustände unterschiedlicher Körper feststellbar: „Systeme im thermischen Gleichgewicht haben die gleiche Temperatur, Systeme, die nicht im thermischen Gleichgewicht stehen, haben verschiedene Temperaturen“ [4].

Temperaturen werden mittels Thermometer im thermischen Gleichgewicht (in diesem Zustand gibt es keinen Wärmeübergang zwischen den beteiligten Materien) der zu messenden Materie und dem Thermometer gemessen. Dabei ist zu beachten: „Um die Temperatur eines beliebigen Systems zu messen, stellt man das thermische Gleichgewicht zwischen diesem System und dem Thermometer her. Das Thermometer hat dann dieselbe Temperatur wie das zu untersuchende System. Bei dieser Operation ist darauf zu achten, daß sich nur der Zustand des Thermometers ändert, der Zustand des untersuchten Systems praktisch konstant bleibt. Das Thermometer muß also „klein“ gegenüber dem System sein, damit sich bei der Einstellung des thermischen Gleichgewichtes allein seine Temperatur ändert, aber die des Systems nur im Rahmen der zulässigen Meßunsicherheit“ [5].

Um die Messung der Lufttemperatur für meteorologische Arbeiten korrekt vornehmen zu können, wird diese in Bodennähe (2 m über dem Erdboden) mittels Thermometer festgestellt, welche in Wetterhütten untergebracht sind. Diese Wetterhütten sind vollständig durchlüftet, das Thermometer wird vor jeglicher Sonnen- oder sonstiger Einstrahlung bewahrt. Unter solchen Bedingungen kann sich das thermische Gleichgewicht zwischen der Luft und dem Thermometer einstellen.

Der Wärmeinhalt der Luft hängt von drei Parametern ab: der Temperatur, dem Anteil der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit und der Dichte (bzw. dem Luftdruck). Dabei ist der Wärmeinhalt stets auf eine Bezugsgröße zu bemessen, üblicherweise auf 1 kg Masse. Die Kenntnis zumindest der zuerst genannten Parameter Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist unabdingbare Voraussetzung zur Kenntnis des Energiegehaltes der Luft.

 

Im Bild 1 sind die Verhältnisse graphisch dargestellt. Der Luftdruck ist dabei mit 1 bar konstant belassen; es gibt in dem hier zu betrachtenden Bereich lediglich eine vernachlässigbare Verminderung des Energie- bzw. Wärmeinhaltes mit steigendem Druck. Bei der trockenen Luft steigt der Wärmeinhalt mit der Temperatur, und zwar um rd. 1 kJ/kg je Grad. Bei feuchter Luft wird der Energieinhalt in erheblichem Maß durch die latente Wärme, die Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme des enthaltenen Wasserdampfes, bestimmt. Nur in Bereichen nahe und unter 0°C kann wegen des dann sehr geringen Wassergehaltes anhand der Temperatur auf den Energieinhalt geschlossen werden. Beispielsweise ist bei +20°C (und 1 bar Druck) der Energieinhalt der Luft bei 99% relativer Luftfeuchtigkeit um rd. 13% bzw. 37,5 kJ/kg (entspricht 10 Wh/kg bzw. 10 kWh/t) höher als der trockener Luft bei gleicher Temperatur. 1 kg Luft von 15°C und 50% relativer Feuchte enthält ebensoviel Wärme wie die gleiche Menge von 15,6°C und 46% relativer Feuchte. Trockene Luft bei +26,4°C hat denselben Wärmeinhalt (300 kJ/kg) wie feuchte Luft mit 99% relativer Feuchte und +8,8°C. Der Unterschied in den hier betrachteten Zuständen der Luft liegt im Gehalt an Wasserdampf, trockene Luft enthält kein Wasser, feuchte Luft, 99% relative Feuchte, enthält bei 8,8°C bereits 7,1 Gramm Wasser je kg Luft. Deshalb können, sofern ausschließlich Temperaturmessungen ausgewertet werden, keine ausreichend genauen Erkenntnisse über die in der Luft gespeicherte Energie, d.h. die darin enthaltene Wärme, gewonnen werden.

 

3. Wie kommt die Wärme in die Luft? Der Wärmeeintrag in das System Erde/Atmosphäre

Unser Planet bezieht die auf ihm spürbare Wärme von der Sonne. Die Sonne strahlt ständig Energie ab. Für die Position der Erde zur Sonne wird die Leistung der Sonneneinstrahlung in der Literatur mit 1360 bis 1380 W/m² genannt [6]. Mit dieser Leistung wird eine oberhalb der Atmosphäre senkrecht zur Sonneneinstrahlung befindliche Fläche beschienen. Es ist in der Literatur üblich, die Leistung der Sonneneinstrahlung bezogen pro Quadratmeter Erdoberfläche und weltweit vergleichmäßigt darzustellen. Damit wird die Leistung am oberen Atmosphärenrand auf ¼ des Wertes der Solarkonstante vermindert, also auf rd. 343 W/m². Von der eintreffenden Strahlung werden etwa 30% durch Reflexion, im wesentlichen durch Wolken, aber auch an der Erdoberfläche, sowie Partikel in der Luft und durch Streuung ins All zurückgeworfen. Ein weiterer Teil der Energie der Sonneneinstrahlung wird von den Bestandteilen Luft und auch darin befindlichen Schwebstoffen absorbiert, also in Wärme umgewandelt. In der Literatur findet man neben ähnlichen die in Bild 2 wiedergegebene schematische Darstellung der Energieflüsse [7], die über den Verbleib der auf die Erde einfallenden Sonneneinstrahlung Auskunft gibt:

Bild 2 zeigt, daß die von der Sonne eingestrahlte Energie zum Teil (rd. 30%) ins All diffus reflektiert oder auch gestreut wird. Durch Wasserdampf, Sauerstoff, Ozon und CO2 werden rd. 16% absorbiert, weitere 4% von den Wolken. Die restlichen rd. 50% der Einstrahlung führen an der Oberfläche der Erde zur Erwärmung des Bodens, der Bebauung, des Bewuchses bzw. der Wasseroberfläche. Bild 2 enthält allerdings erhebliche Unsicherheiten, denn der Anteil der Reflexion durch Wolken ist darin mit 20% der Sonneneinstrahlung angesetzt. Zuverlässige Daten über die gesamte Bewölkung der Erde gibt es allerdings nicht (siehe Anmerkung [8]). Außerdem ist die energetische Wirksamkeit der Reflexion durch Wolken je nach Lage zwischen Äquator und Polen recht unterschiedlich. Dabei ist aus den wenigen vorliegenden Quellen zur Wirkung der Wolken bezüglich der eintreffenden Sonnenstrahlung, z.B. in [9], Folie 11, zu erkennen, daß im wesentlichen die Bewölkung den Energieeintrag in den untersten Teil der Atmosphäre bestimmt. Bei einer geschlossenen Wolkendecke kommen ungefähr nur noch 50% der oberhalb der Wolkendecke vorhandenen Sonneneinstrahlung am Erdboden an. Eine Veränderung der Bewölkung hat deshalb schon auf der Wärmeeintragsseite durch größere oder geringere Reflexionen gravierende Wirkungen, wobei hier lediglich die Bewölkung auf der Tag-Seite der Erde von Einfluß ist.

Die im Mittel an der Erdoberfläche ankommende Strahlungsleistung liegt demnach bei etwa 175 W/m². Dabei ist unterstellt, daß durch Bewölkung 20% der ankommenden Sonneneinstrahlung reflektiert sind. Eine Variation der Wirkung der Bewölkung um  6 Prozentpunkte (also bei 30% mehr oder weniger Bewölkung) würde, sofern sich keine zusätzlichen Wirkungen ergeben, zu einer Variation der an der Erdoberfläche ankommenden Sonneneinstrahlung im Bereich von 160 bis 189 W/m², also um 9%, führen. Die vorstehenden Überlegungen deuten schon darauf hin, daß die Bewölkung den Energieeintrag in das System Erde/Atmosphäre sehr erheblich bestimmt. Festgestellt hatte Ohmura [10], daß sich in den vergangenen 50 Jahren die Leistung der an der Erdoberfläche ankommenden Sonneneinstrahlung pro Dekade um rd. 3% vermindert hat, und dies bei unveränderter Intensität der Einstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre. Die auf Messungen beruhenden Erkenntnisse von Ohmura hatten aber bisher keinen Eingang in die einschlägige Literatur gefunden, was angesichts der allgemein vernehmbaren Forschungsintensität im Bereich der Klimabeobachtung recht erstaunlich ist.

Die an der Erd- bzw. Wasseroberfläche ankommende Strahlung (also etwa 175 W/m²) wird dort absorbiert, was zu einer Erwärmung der Erd- bzw. Wasseroberfläche führt. Die dadurch aufgenommene Wärme wird auch wieder abgeführt, vor allem (zu knapp 50%) durch Verdunstung und weiter durch thermische Strahlung (rd.40%) sowie Konvektion (rd. 10%). Die bei der Verdunstung von Wasser vom dabei gebildeten Wasserdampf gehaltene Verdampfungswärme wird als latente Wärme, also ohne feststellbare Temperaturwirkungen, in die feuchte Luft übernommen. Erst beim Kondensieren des Wasserdampfes, in der Regel in der Höhe unter sichtbarer Wirkung der Wolkenbildung, wird die Verdampfungswärme wieder an die Luft abgegeben, und zwar auf dem Temperaturniveau, das in der Höhenlage des Ortes der Kondensation herrscht. Die von der Erdoberfläche abgegebene thermische Strahlung wird nun wieder zu 2/3 durch einige Bestandteile der Luft, hauptsächlich Wasserdampf, daneben auch CO2, innerhalb der Lufthülle absorbiert und in Wärme umgewandelt. Lediglich die restlichen etwa 1/3 der thermischen Abstrahlung gelangen direkt ins All. Daß bei einer insgesamt vermehrten Wolkenbedeckung auch hier wieder wesentlich veränderte Zahlen anzusetzen sind, ist wegen der geringeren Durchlässigkeit der Wolken für fast alle Strahlungsfrequenzen zwingend. Aber auch diese Wirkungen sind bislang nicht ausreichend beschrieben, man kann hierzu ein Defizit an „belastbaren“ Daten feststellen. Auf jeden Fall sind die vorliegenden Daten völlig unzureichend, um darauf aufbauend Klimamodellierungen vornehmen zu können.

Die von der Luft aufgenommene Wärme, egal ob diese durch Absorption ankommender Sonneneinstrahlung, durch Aufnahme der Kondensationswärme bei der Kondensation der Luftfeuchtigkeit, durch Absorption der von der Erdoberfläche abgehenden thermischen Strahlung oder auch durch Konvektion an der Erdoberfläche der Luft zugeführt wird, bewirkt, daß die Luft Wärme enthält, weshalb in der Luft die jeweils aktuellen Temperaturen gemessen werden können. Die Luft speichert die aufgenommene Wärme.

Alle Gase, und Luft ist ein Gemisch aus mehreren Gasen, haben  die besondere Eigenschaft, komprimierbar zu sein. Bringt man Gas unter Druck, so wird es verdichtet. Dabei wird Arbeit (Kraft mal Weg) geleistet, diese Arbeit wirkt sich in einer Erhöhung des Arbeitsinhaltes (= Energieinhalt) der Luft aus, und wird, sofern sonst keine weiteren Änderungen eintreten und keine Wärmeabfuhr möglich ist, durch eine Temperaturerhöhung nachweisbar. Der grundlegende Zusammenhang ist durch die Allgemeine Gasgleichung p * v = R * T (Druck mal Volumen = Gaskonstante mal Temperatur) beschrieben. Die Wirkung dieser Eigenschaft der Gase in der Atmosphäre soll im folgenden Beispiel veranschaulicht werden:

Man stelle sich zwei nebeneinander aufrecht stehende, gegeneinander und gegen die Umgebung völlig isolierte (keine Wärmeleitung, keine Konvektion, keine Strahlung) Röhren vor, jede 10.000 m hoch. Die Röhren seien oben und unten durch ebenfalls von der Umgebung thermisch total isolierte Bögen verbunden. Die Röhren werden auf der Erdoberfläche, auf NN, plaziert, sie seien mit trockener Luft gefüllt. Auf NN wird eine Öffnung angebracht, so daß dort der gleiche Luftdruck innen wie außen herrscht. In den Verbindungsbogen auf NN wird noch ein Ventilator eingebracht, der für eine langsame Zirkulation der Luft in diesem System sorgt. In einer Röhre steigt die Luft auf, geht am oberen Bogen in die andere Röhre über und sinkt dann wieder bis zum unteren Ende ab. Drücke und Temperaturen der in den Röhren zwangsumlaufenden Luft haben nun je nach Höhenlage sehr unterschiedliche Werte. Am unteren Ende, auf NN, sollen die Temperatur  +15°C und der Druck 1,0 bar betragen. Mit der Höhe sinkt die Temperatur beiden Röhren gleichmäßig um etwa 1°C pro 100 m ab, und der Luftdruck geht um unten zunächst rd. 1,1% je 100 m, nach oben hin stärker, am oberen Ende mit 2,0% je 100 m Höhenzuwachs zurück. Am oberen Ende beträgt die Temperatur der Luft noch rd. -85°C, der Luftdruck ist auf knapp 0,2 bar abgesunken, das Volumen eines kg Luft beträgt hier das rd. 3,2-fache dessen am unteren Ende der Röhre. Der Grund für den Temperaturrückgang mit steigender Höhe ist allein, daß der örtliche Luftdruck jeweils durch das Gewicht der darüberliegenden Luftsäule bestimmt ist. Und diese wird mit steigender Höhe immer geringer. Jedes Luftvolumenteil, das sich etwas höher befindet, ist also weniger komprimiert, etwas weniger dicht und damit etwas leichter als das darunterliegende und zudem noch wegen der eingetretenen Ausdehnung etwas kälter. Für die in den Röhren ohne irgendeine Energiezu- oder -abfuhr  eintretenden Temperaturänderungen sind lediglich die physikalischen Eigenschaften der Luft und der mit der Höhe rückläufige Luftdruck ursächlich.

Die Röhren sollen so weite Durchmesser haben, daß auch Auf- und Abströmungen in jeder der beiden Röhren nebeneinander stattfinden können. Wenn jetzt in diesen Röhren durch wie auch immer geartete örtliche Energiezufuhr lokal Luftvolumenteilchen erwärmt werden, sich dabei ausdehnen und damit leichter als die umgebende Luft werden, dann steigen sie wegen des eingetretenen Auftriebs unverzüglich auf. Eine bleibende Erwärmung an dem Ort der örtlichen Energiezufuhr tritt nicht auf, es könnte sich lediglich die Zirkulation der Luft verändern. Jegliche irgendwie und irgendwo in dieses System eingespeiste Energie (Wärme) wirkt unverzüglich auf das gesamte System; es ist unmöglich, z.B. durch Wärmeeinspeisung am unteren Ende der Röhre mit der zwangsweise aufsteigenden Luft den Temperaturabfall (Temperaturgradienten) mit der Höhe irgendwie zu beeinflussen. Solange die Luft frei beweglich in diesem System ist, solange beträgt der Temperaturrückgang der hier vorhandenen trockenen Luft mit der Höhe rd. 1°C je 100 m. Und genau so ist es auch in der Lufthülle der Erde. Jede - in welcher Höhenlage auch immer - zugeführte Energiemenge verändert den Zustand der gesamten Lufthülle und führt keineswegs zu örtlicher Erwärmung.

In der Diskussion um einen vom Menschen verursachten Klimawandel wird aus der befürchteten Zunahme der Absorption der vom Erdboden direkt ins All gehenden Strahlung eine vermehrte Erwärmung der Atmosphäre befürchtet. Es wird angenommen, daß die in der Luft gespeicherte Wärmemenge und die Lufttemperatur ansteigen. Diese vermehrte Wärmezufuhr und -speicherung soll durch den Anstieg des CO2-Gehaltes der Luft hervorgerufen werden. Hierzu ist zu bemerken, daß Anteile des CO2 in der Luft im Bereich von mehreren Zehntel Promille keinerlei Wirkungen bezüglich der Wärmespeicherfähigkeit und der Dichte der Luft haben. Bei der zusätzlich noch durch Absorption der thermischen Abstrahlung von der Erdoberfläche der Luft zuführbaren Wärme handelt sich lediglich um die restliche, nicht bereits absorbierte Strahlungsleistung aus den verbliebenen nur noch 17,5 W/m² (rd. 1/3 von 30% der etwa 175 W/m² ). Zur Wertung dieser Befürchtung muß einerseits betrachtet werden, ob denn eine Zunahme des CO2-Gehaltes der Luft die verbliebene direkte thermische Abstrahlung der Erdoberfläche ins All vollständig unterbinden kann. Hug [11] hat hierzu festgestellt, daß eine solche zusätzliche Absorption von thermischer Strahlung durch einen erhöhten CO2-Gehalt der Luft allenfalls marginal, d.h. vernachlässigbar, sein kann, da das bereits vorhandene CO2 dessen spektrale Absorptionsmöglichkeiten schon nahezu erschöpfend erfüllt. Andererseits muß die Funktionsweise des Energieaustrags aus dem System Erde/Atmosphäre angesehen werden, um mögliche Wirkungen einer erhöhten Wärmezufuhr in die Atmosphäre beurteilen zu können. Ebenso wie der Lufthülle ständig Wärme zugeführt wird, gibt sie die in ihr enthaltene Wärme kontinuierlich über thermische Strahlung ins All ab.

 

4. Und wie gelangt die Wärme wieder hinaus? Der Wärmeaustrag aus dem System Erde/Atmosphäre

Mittels Satelliten sind die Emissionsspektren der Erde beobachtetet worden. Aus diesen weiß man, daß zum sehr erheblichen Teil Wärme aus der Atmosphäre und nur zum geringen Teil unmittelbar von der Erdoberfläche ins All gestrahlt wird.

 

Bild 3 [12] enthält zwei solcher Spektren, sie zeigen die Emissionsverhältnisse aus dem tropischen Bereich des westlichen Afrika. Das obere Diagramm ist bei geschlossener Wolkendecke aufgenommen worden, das untere bei klarem Himmel. Die Unterschiede zwischen beiden Diagrammen sind erheblich. Bei klarem Himmel ist unmittelbar von der Erdoberfläche ausgehende Strahlung im Bereich der Wellenzahlen von 800 bis 1000/cm und 1080 bis 1280/cm festzustellen. Bei geschlossener Wolkendecke ist die Intensität jener Strahlung, welche bei der Messung bei klarem Himmel der Emissionsquelle Erdoberfläche zugeordnet werden kann, auf ein solches Maß vermindert, daß man als Emissionsniveau die Höhenposition der Wolken annehmen kann. Ob es sich bei dieser Verminderung der Strahlungsintensität in den Frequenzbereichen, die bei klarem Himmel transparent für die von der Erdoberfläche emittierte thermische Strahlung sind, ausschließlich um die Wirkung der diffusen Reflexion der Wolken oder aber auch um Absorption und Emission durch die Wolken handelt, kann anhand der Spektren nicht geklärt werden. In der Wirkung ist die Präsenz der geschlossenen Wolkendecke jedoch so, daß dann überhaupt keine Strahlungsintensität mehr registriert werden kann, die unzweifelhaft dem Temperaturniveau der Erdoberfläche zuzuordnen wäre. Sämtliche Abstrahlung des Systems Erde/Atmosphäre geschieht dann mit Intensitäten, die Emissionsquellen in größeren Höhen der Lufthülle zugeordnet werden könnten.

In den Spektren Bild 3 ist ferner zu erkennen, daß im Bereich der Wellenzahlen kleiner als 580/cm und größer als 1280/cm die Emissionsquelle der Wasserdampf in der Luft ist, die Emission geht aus größerer Höhe aus, vermutlich aus dem Bereich von 5 bis 6 km bei Temperaturen um -15°C (etwa 260K). Lediglich im Spektralbereich des CO2 (400 bis 750/cm) wird Strahlung aus noch größerer Höhe, etwa um 12 bis 13 km bei Temperaturen um -60°C (etwa 215K), emittiert. Im Spektralbereich des Ozon (980 bis 1080/cm) liegt die Emissionsquelle etwa in Höhe der - falls vorhanden - Wolkendecke.

Der Vergleich beider Diagramme zeigt außerdem, daß bei geschlossener Wolkendecke die Intensität und damit die Leistung der thermischen Abstrahlung ins All lediglich etwa 50% jener bei klarem Himmel entspricht. Dabei wirkt die Wolkendecke hinsichtlich der thermischen Abstrahlung ins All sowohl auf der Tag- als auch auf der Nacht-Seite der Erde im gleichen Sinn. Auf globale Durchschnittswerte der Emissionen des Systems Erde/Atmosphäre bezogen, verursacht die geschlossene Wolkendecke also eine Minderung der thermischen Abstrahlungsleistung um etwa 120 W/m². Diese Wirkung beruht sowohl auf der Unterbindung der direkten thermischen Strahlung der Erdoberfläche in Richtung All als auch in der Schaffung eines anderen, jetzt in der Höhe und bei den dort geringeren Temperaturen liegenden Emissionsniveaus der thermischen Strahlung. Dieses Ausmaß an Beeinflussung der thermischen Abstrahlung aus dem System Erde/Atmosphäre in das All allein durch Wolken ist so gewichtig, daß damit alle übrigen vermuteten Beeinflussungen, wie sie z.B. in [13] für einen Anstieg des CO2-Immissionsniveaus behauptet werden, in den Bereich der völligen Bedeutungslosigkeit verwiesen werden. Die Rolle der Bewölkung ist vor allem deswegen so extrem, weil es keinen beständigen Grad der Bewölkung gibt, vielmehr sind offenbar auch in längerfristiger Sicht nennenswerte Unterschiede bei der mittleren Bewölkung der Erde zu verzeichnen.

Die Wirkung der Wolken auf Energieein- und -austrag in das/aus dem System Erde/Atmosphäre ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

In der obigen Tabelle wird der Begriff „scheinbare Erwärmung“ verwendet, weil keine innere Wärmequelle des Systems Erde/Atmosphäre dessen Energieinhalt bestimmt, sondern die Wärmezufuhr in dieses System so gut wie ausschließlich durch die Sonneneinstrahlung geschieht. Das System Erde/Atmosphäre speichert zwangsläufig mehr Energie, wenn bei gleichbleibender Zufuhr die Abfuhr vermindert wird. Dieses „Mehr“ an gespeicherter Energie wird ggf. als „Erwärmung“ registriert. Eine verminderte Wärmezufuhr wie auch eine verstärkte Wärmeabfuhr würde als „Abkühlung“ gewertet, in beiden Fällen verminderte sich die gespeicherte Energie. Für Variationen der Wärmezufuhr, -speicherung und -abfuhr sind die Wolken und die in die Luft eingetragene bzw. darin vorhandene Feuchtigkeit ursächlich, sofern man von einer gleichbleibenden Sonneneinstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre ausgeht. (Die Sonneneinstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre ist nach Calder [14] auch nicht konstant.) Die Wirksamkeit der Wolken und des in der Luft dampfförmig enthaltenen Wassers ist für den Energiehaushalt des Systems Erde/Atmosphäre gegenüber allen anderen  möglichen inneren Wirkungsmechanismen [15] so überwältigend, daß diese anderen keiner größeren Beachtung bedürfen.

Es muß noch auf prinzipielle Zusammenhänge bezüglich des Energieaustrags aus dem System Erde/Atmosphäre eingegangen werden, denn der Energieaustrag ist ebenso bedeutsam für den Energie- bzw. Wärmehaushalt der Atmosphäre wie der Energieeintrag. Sämtliche aus dem System Erde/Atmosphäre in das All abzugebende Energie kann nur über Strahlung abgegeben werden, da außerhalb der Atmosphäre wegen des Fehlens eines Trägermediums Leitung und Konvektion zur Wärmeübertragung ausscheiden. Bei der Wärmeübertragung mittels Strahlung gibt es eine Abhängigkeit von den 4. Potenzen der absoluten Temperaturen des abgebenden und des aufnehmenden Mediums. Die prinzipiellen Zusammenhänge beschreibt das Stefan-Boltzmannsche Gesetz, das da lautet:

Die von einem absolut schwarzen Körper abgegebene Strahlungsleistung P ist seiner Oberfläche F und der 4. Potenz seiner absoluten Temperatur T proportional.

Nun ist das System Erde/Atmosphäre zwar kein „Schwarzer Strahler“, aber die Temperaturabhängigkeit der Strahlungsleistung gemäß der 4. Potenz der Temperatur ist ebenso gegeben. Es ist aufschlußreich, die Zusammenhänge zwischen der Abstrahlungsleistung der ins All strahlenden Bereiche des Systems Erde/Atmosphäre und dem Wärmeinhalt der Lufthülle der Erde in Abhängigkeit der jeweiligen Temperaturen zu betrachten. Der Energieinhalt von Massen ist der absoluten Temperatur dieser Massen direkt proportional. Bei einem Grad Celsius Temperaturanstieg steigt der Energieinhalt beispielsweise eines kg trockener Luft bei 0,5 bar Druck und einer Temperaturveränderung von -18°C auf -17°C um 256,15/255,15 bzw. rd.0,39%. Gleichzeitig steigt aber die Abstrahlungsleistung aus dieser Luftmasse um 256,154 / 255,154 bzw. 1,6% an, also um rd. das Vierfache. Im Bild 4 ist dieser Zusammenhang in Diagrammform dargestellt. Es ist dabei unterstellt, daß 20% der thermischen Abstrahlung von der Erdoberfläche, 75% aus etwa 4,3 km Höhe und die restlichen 5% aus etwa 9,3 km Höhe abgehen; andere Aufteilungen der Abstrahlungsleistungen auf die einzelnen angesetzten Emissionsquellen bringen sehr ähnliche Ergebnisse.

Neuerdings wird die Erwärmungswirkung des zusätzlichen CO2 durch eine Verlagerung der Abstrahlung aus den CO2-Bereichen in noch größere Höhen begründet [13]; dies ist übrigens die erste überhaupt plausible Begründung, auf welche Weise der CO2-Gehalt der Luft insgesamt einen gewissen Beitrag zu den Temperaturen in der Lufthülle leisten könnte (zur Entwicklung der Erklärungen der Wirkungen des CO2 auf die thermischen Verhältnisse auf der Erde siehe [16]). Aber auch diese Wirkung durch Verlagerung der Abstrahlung aus den CO2-Bereichen in etwas größere Höhe wird durch den Anstieg der gesamten Abstrahlungsleistung des Systems Erde/Atmosphäre proportional der 4. Potenzen der Temperaturen mit steigenden Temperaturen überkompensiert.

Die im Diagramm angegebene Lufttemperatur bezieht sich auf den Meßpunkt 2 m über dem Erdboden, vereinfachend ist diese Lufttemperatur der Temperatur der Erdoberfläche gleichgesetzt. Die Temperaturen der höheren Emissionsbereiche sind jeweils mit dem Temperaturgradienten von 0,7°C/100 m, der nach der meteorologischen Fachliteratur für feuchte Luft gilt, vermindert. Bedingt durch den auch bei Temperaturveränderungen unverändert bleibenden Temperaturgradienten sind Erhöhungen bzw. Verminderungen der Lufttemperatur an der Position 2 m über dem Erdboden in absolut gleichem Ausmaß durchgängig auch in der Höhe wirksam. Die im Bild 4 gezeigte Kurve der Veränderung des Energieinhaltes der Luft verläuft mit der Temperaturveränderung wesentlich flacher als die entsprechende Kurve der Abstrahlungsleistung des Systems Erde/Atmosphäre. Letztere weist ungefähr die vierfache Steigung der ersteren aus. Bei einer Temperaturerhöhung im System Erde/Atmosphäre um D t steigt der Energieinhalt der Luft um D i. Gleichzeitig steigt aber die Abstrahlungsleistung etwa viermal so stark an, um D p. Dieser weitaus überproportionale Anstieg der Abstrahlungsleistung gegenüber der Zunahme des Energieinhaltes der Luft und des damit zur Abstrahlung zur Verfügung stehenden Wärmeangebotes bewirkt, daß bei einer Temperaturerhöhung durch verstärkte Abstrahlung unverzüglich der alte Zustand wieder hergestellt wird; man spricht hier von einer stabilisierenden negativen Rückkopplung. Systeme, die solche Eigenschaften ausweisen, befinden sich im stabilen Gleichgewicht. Bei einer Temperaturabsenkung würde der gleiche Mechanismus wirksam, allerdings in entgegengesetzter Richtung. Die weit überproportionale Verminderung der Abstrahlungsleistung gegenüber der Verminderung des Energiegehaltes würde in einem solchen Fall eine Auskühlung verhindern. Es gibt keine Möglichkeit, solche Systeme aus ihrem Gleichgewicht zu bringen.

Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, daß das System Erde/Atmosphäre seine Wärmezufuhr so gut wie ausschließlich durch die Sonneneinstrahlung erhält. Schwankungen der im System Erde/Atmosphäre gespeicherten Wärmemenge können somit nur zu einer vorübergehenden Veränderung der Abstrahlungsleistung führen, bis Wärmeabfuhr und Wärmezufuhr wieder ausgeglichen sind. Der hier wirksame Regelmechanismus führt zu keiner Regelabweichung, da ein ggf. zu der erhöhten Abstrahlungsleistung führender erhöhter Wärmevorrat alsbald durch die vergrößerte Abstrahlung aufgebraucht, ins All abgeführt ist. Eine dauerhafte Veränderung der Abstrahlungsleistung (und damit verknüpft höhere Temperaturen im System Erde/Atmosphäre)  setzt hingegen eine ebensolche Veränderung bei der Einstrahlung voraus. Eine erhöhte Wärmezufuhr von der Sonne würde also zu höheren Temperaturen im System Erde/Atmosphäre führen, eine verminderte entsprechend zu niedrigeren. 

Der Denkansatz, daß durch eine etwas erhöhte Absorption der von der Erdoberfläche abgehenden thermischen Strahlung bei ansteigendem CO2-Gehalt der Atmosphäre (z.B. bei Verdopplung von derzeit rd. 0,035% auf künftig eventuell 0,07%) Auswirkungen auf die Temperaturen in der Atmosphäre haben könnte, ist somit keineswegs begründbar, unter Anwendung der Naturgesetze der Physik ist dieser Denkansatz als absurd zu werten. Um eine Veränderung auf die thermischen Verhältnisse in dem System Erde/Atmosphäre durch veränderte Abstrahlung zu bewirken, müßten schon sehr wesentliche Veränderungen bezüglich jener Strahlungsebenen, welche übrigens bei der Beobachtung mittels Satelliten festzustellen sind (siehe Bild 3), eintreten. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die gesamte Abstrahlung nur noch aus der Emissionsebene des CO2 geschähe. Da aber die Strahlungsfrequenzen (und ebenso die Absorptionsfrequenzen) des CO2 begrenzt sind, fehlen für derartige Entwicklungen die physikalischen Gegebenheiten. Durch zunehmende Bewölkung, und dies ist ebenfalls in Bild 3 zu erkennen, ist jedoch eine erhebliche Verlagerung der Emissionsebenen von der Erdoberfläche in größere Höhen möglich, woraus sich Wirkungen in Richtung höherer Temperaturen ergäben. Gleichzeitig bewirken Wolken aber tagsüber eine verstärkte Reflexion der einfallenden Sonnenstrahlen, so dass sich daraus auch entgegengesetzte, in Richtung geringerer Temperaturen zielende Wirkungen ergeben. Diese Zusammenhänge lassen keine andere Schlussfolgerung zu, als dass es ohne ein exaktes Wissen der durch Wolken im zeitlichen Verlauf bestimmten Ein- und Abstrahlungsverhältnisse im System Erde/Atmosphäre keine theoretische einigermaßen zutreffende Bestimmung der energetischen Verhältnisse in diesem System geben kann.

 

5. Temperaturveränderungen: Zusammenhänge sind unklar, unbegründete Aktivitäten können keinen Nutzen bringen

Meßreihen über Lufttemperaturen der vergangenen 200 Jahre zeigen durchaus geringfügige Veränderungen, es überwiegen leichte Anstiege. Jedoch war im Zeitraum von etwa 1945 bis 1975 ein erheblicher Rückgang der gemessenen Temperaturen auf den Kontinenten nördlich des Äquators, und zwar um 0,4 bis 1,5°C [17] zu verzeichnen, und das trotz zeitgleich angestiegenem CO2-Gehalt der Luft. Mitte der 70er Jahre befürchtete man sogar den Beginn einer neuen Eiszeit. Es ist nicht geklärt, auf welche Ursachen die Veränderungen der in jüngster Zeit ermittelten Durchschnittswerte der gemessenen Temperaturen, die eher steigende Tendenzen zeigen sollen, zurückzuführen sind. Auch an dieser Stelle kann nicht geklärt werden ob und inwieweit dafür möglicherweise Veränderungen in der Meßweise (z.B. Standortänderungen der Meßgeräte) oder Randbedingungen der Messungen (Veränderungen in der Umgebung der Meßpunkte, z.B. durch dichtere Besiedlung) oder aber auch Änderungen des Feuchtigkeitsgehaltes der Luft (z.B. durch Intensivierung der Landwirtschaft, künstliche Bewässerung) von Einfluß sind.

Veränderungen der gemessenen Temperaturen und der daraus schließlich gebildeten Durchschnittstemperaturen sind allein kein ausreichendes Maß, um von Klimaveränderungen sprechen zu können. Die Atmosphäre in Verbindung mit dem Wasser ist und funktioniert prinzipiell ähnlich einer Wärmekraftmaschine. Um das Geschehen in einer solchen Maschine verstehen zu können, ist die Erfassung der jeweils an den einzelnen Orten verfügbaren (gespeicherten) Energie sowie deren Zu- und Abgänge eine Minimalvoraussetzung. Vor allem ist für die Erfassung der jeweiligen örtlich vorhandenen Energie neben der Temperatur auch die Kenntnis der Luftfeuchtigkeit sowie des Luftdrucks von Bedeutung. In den Meßreihen der Lufttemperaturen (2 m oberhalb der Erdoberfläche)  wird über die Luftfeuchtigkeit und damit über den Energieinhalt der Luft jedoch nichts gesagt. Nicht ohne Grund unterscheidet die Meteorologie mehr als 30 Klimate in 5 Klimazonen, wobei die jeweilige Präsenz von Niederschlag wesentliche Bestimmungsgröße ist. Zudem ist „Klima“ ohnehin keine stabile Größe, Änderungen hat es im erdgeschichtlichen Verlauf zur Genüge gegeben, auch ohne daß der Mensch dabei eine spürbare Rolle auf der Welt gespielt hätte (siehe [18]). Und solche Veränderungen können doch nicht etwa jetzt plötzlich aufgehört haben. Überdies ist der Aufsetzpunkt der Argumentation um eine vom Menschen verursachte Erwärmung mit der Mitte des 19. Jahrhunderts gerade zu einem solchen Zeitpunkt gewählt, der deutliche Zeichen einer gerade beendeten Kaltzeit trägt. So zeigt beispielsweise die Gletscherausdehnung sowohl auf Spitzbergen [19] als auch in den Alpen [20] um 1850  Maße, die seit der letzten Eiszeit niemals größer waren. Der seither eingetretene Gletscherrückzug liegt zudem in einem Bereich, der schon in der Vergangenheit (seit der letzten Eiszeit) mit gleicher Geschwindigkeit und mehrfach mit erheblich weiterem Schwund stattgefunden hat [20]. Eine Veränderung der Atmosphärenmasse, die nach Auffassung des Verfassers nicht völlig auszuschließen ist, hätte in jedem Fall spürbare Folgen für die thermischen und energetischen Verhältnisse auf unserer Erde. Die Frage nach der Stabilität der Atmosphärenmasse, nach eventuellen Einwirkungen der Menschen darauf, ist der Wissenschaft bislang überhaupt noch nicht bewußt geworden. (Auf eine gewisse Unstetigkeit der Atmosphärenmasse läßt sich z.B. anhand des mittleren Luftdrucks schließen, hier ist dessen Verlauf für die vergangenen 50 Jahre an der DWD-Station Hohenpeißenberg zu sehen.)  hier ist dessen Verlauf für die vergangenen 50 Jahre an der DWD-Station Hohenpeißenberg zu sehen.) 

Das Energiesystem Erde/Atmosphäre (außerirdische Einflüsse und eine Veränderung der Atmosphärenmasse einmal ausgeschlossen) und die in diesem System herrschenden Temperaturen werden so gut wie ausschließlich durch das Wasser in der Atmosphäre (wie auch in den Ozeanen) bestimmt. Und solange das Verständnis des Wasserkreislaufs mit all seinen Wirkungen, besonders der Wolken, nicht ausreichend entwickelt ist - allein die völlig unzureichende Treffsicherheit schon lediglich mehrtägiger Wettervorhersagen beweist uns das täglich - sollte man mit Prognosen über Klimaveränderungen zurückhaltend sein. Denn Klima ist nun mal der statistische Mittelwert des Wetters über einen Zeitraum von 30 Jahren; es wird nicht etwa von den Vorstellungen mit der Wärmelehre nicht vertrauter Ökologisten gestaltet.

Die Zusammenhänge bezüglich der Wirksamkeit des Wassers, besonders in der Form der Wolken, in der Atmosphäre und der im Vergleich dazu verschwindend geringen Bedeutung eines erhöhten CO2-Gehaltes auf  Wetter und Klima sowie die Unzulässigkeit, allein aus Messungen der Lufttemperatur auf Klimaänderungen schließen zu wollen, dürften vorstehend nachvollziehbar erklärt sein. Soll die Politik nun aber noch kostspielige Maßnahmen zur Vermeidung von CO2-Emissionen durchsetzen, nur weil die Politiker von nicht ausreichend Sachkundigen beraten worden sind? Dabei werden die Kosten der Minderung der CO2-Emissionen Dimensionen erreichen, die ohne jeden Zweifel zur weiteren Vernichtung von wertschöpfenden Industrie-Arbeitsplätzen und damit zur Wohlstandsminderung in allen an der CO2-Vermeidung beteiligten Industrienationen, allen voran: Deutschland, führen. Das Beherzigen einer alten chinesischen Weisheit kann in der aktuell verfahrenen politischen Situation weiterhelfen: Wer einen Fehler gemacht hat, und diesen nicht korrigiert, begeht einen zweiten.

 

 

Nachtrag

Überlegungen zum sogenannten „Treibhauseffekt“, zur Wirkung der sogenannten "Treibhausgase"

Nach Veröffentlichung des vorstehenden Artikels wurde in einer internationalen Diskussionsrunde nochmals die Erklärung des sogenannten „Treibhauseffektes“ detailliert besprochen. Als Lehrmeinung gilt heute eine Auffassung, wie sie auch auf der Seite des MPI Met http://www.mpimet.mpg.de/presse/faqs/wie-funktioniert-der-treibhauseffekt.html  [21] zu finden ist:  (1) Bei einer Erde ohne Atmosphäre wäre die Oberflächentemperatur ausschließlich durch die Bilanz zwischen eingestrahlter Sonnenenergie und der vom Boden abgestrahlten Wärmestrahlung festgelegt. (2) Bei gleicher Albedo des Planeten wie heute würde diese Oberflächentemperatur im globalen Mittel etwa -18°C betragen. (3) Selbst eine Atmosphäre aus reinem Sauerstoff und Stickstoff, die ja die Hauptkomponenten unserer Atmosphäre (zu ca. 99%) bilden, würde daran nichts wesentliches ändern, da diese Gase die beiden genannten Strahlungsarten nur unwesentlich beeinflussen."

Sehr ähnliche Darlegungen findet man im Grunde in zahlreichen einschlägigen Fachbüchern, soweit sich die Autoren der herrschenden Meinung angeschlossen haben, beispielsweise auch in J. Houghton, Globale Erwärmung [22]. Aus diesen Darlegungen ist zumindest das Grundgerüst der Denkweise der Anhänger der „Treibhauseffekt“-Hypothese zu erkennen. 

Ein Teilnehmer der Diskussion, der US-Amerikaner John Shotsky, hat zur kritischen Würdigung der herrschenden Meinung ein Modell betrachtet, in dem drei Planeten verglichen werden, alle in gleicher Position zur Sonne und mit gleicher Albedo wie die Erde einschl. Atmosphäre:

Planet 1 soll keine Atmosphäre besitzen. Auf diesen Fall träfen Satz 1 und 2 der Erklärung des MPI Met zu, sofern man den Fehler, der sich aus der grundsätzlich falschen Mittelwertbildung der von der 4. Potenz der absoluten Oberflächentemperatur abhängigen emittierten Strahlungsleistung toleriert. (Da die Abstrahlungsleistung aus Regionen, wo die Planetenoberflächentemperatur bei hoher Sonneneinstrahlung die Bereiche von 80°C (353 K) erreicht, z.B. um 265% höher ist als dort, wo die Oberflächentemperatur die vielfach angesetzten „mittleren“ -18°C (255 K, siehe Satz 2) beträgt, geschieht die Abstrahlung vorwiegend aus den Gebieten mit hohen Oberflächentemperaturen. Als Konsequenz bleibt für die kälteren Gebiete nur noch sehr wenig abzustrahlende Wärme übrig. Eine globale, auf die Planetenoberfläche bezogene Mittelwertbildung der abgehenden Strahlung ist von daher systematisch falsch und führt zu wesentlich zu hohen mittleren Oberflächentemperaturen und damit unsinnigen Ergebnissen.)

Planet 2 soll die irdische Atmosphäre haben. Die Verhältnisse sind bekannt, wir erleben sie täglich. Die „globale“ Mitteltemperatur in 2 m über der Planetenoberfläche wird üblicherweise mit  +15°C bzw. 288 K genannt.

Planet 3 soll nun eine modifizierte, nichtstrahlende Atmosphäre haben, und zwar wie nach Satz 3 der Erklärung des MPI Met (analog auch bei J. Houghton). Hier wird von der herrschenden Meinung behauptet, dass die Temperaturverhältnisse in der bodennahen Atmosphärenschicht (2 m über Planetenoberfläche) praktisch gleich wären der Oberflächentemperaturen des Planeten 1.

Shotsky weist darauf hin, daß der Wärmeeintrag in die nichtstrahlende Atmosphäre durch Konvektion auch beim Planeten 3 ungehindert stattfinden würde. Ein Wärmeaustrag aus einer solchen Atmosphäre wäre jedoch nicht durch Strahlung möglich, sondern nur durch Kontakt mit der Planetenoberfläche. Da aber infolge der Dichteunterschiede die kälteren Atmosphärenschichten stets unten, also an der Planetenoberfläche sind, wärmere Atmosphärenmassen werden unverzüglich in die Höhe abgeführt, kann lediglich die Wärmezufuhr von der Planetenoberfläche in die Atmosphäre stattfinden, es können aber keine nennenswerten Wärmemengen aus der Atmosphäre an die Planetenoberfläche abgeführt werden. Eine solche Atmosphäre heizt sich auf, bis sie etwa die höchste auftretende Oberflächentemperatur des Planeten angenommen hat. Eine weitere Wärmeaufnahme in die Atmosphäre wäre dann wegen des nicht mehr vorhandenen Temperaturgefälles zwischen Planetenoberfläche und Atmosphäre nicht mehr möglich. Damit würden nach Beobachtungen des Verfassers ca. 80°C bis 100°C Atmosphärentemperatur erreicht, nämlich jene Temperaturen, die bei starker Sonneneinstrahlung in der Sahara als Bodenoberflächentemperaturen anzutreffen sind. Die thermischen Bedingungen oberhalb der festen Planetenoberfläche werden also durch das Fehlen oder Vorhandensein einer Atmosphäre bestimmt. Ist keine Atmosphäre vorhanden, ist die Planetenoberfläche der äußerste Ort, für den Wärme nachweisbar ist. Oberhalb der Planetenoberfläche gibt es mangels Materie auch keine Wärme mehr. Bei Planeten mit Atmosphäre wird in diesen Atmosphären Wärme gespeichert. Und für die thermischen Verhältnisse in den Atmosphären ist auch maßgeblich, ob überhaupt und auf welche Weise Wärme wieder ausgetragen werden kann. Bei der Erdatmosphäre geschieht dieser Austrag durch die strahlungsaktiven Substanzen. Ohne diese strahlungsaktiven Substanzen würden global gleichmäßig in der Atmosphäre jene Temperaturen herrschen, die am heißestem Punkt der Erdoberfläche zum Wärmeeintrag in die Atmosphäre wirksam sind.

So ist zu schließen, dass in der Reihenfolge der Oberflächen- bzw. oberflächennahen Temperaturen die verglichenen Planeten folgende Ränge einnehmen:

Kältester Planet:             Planet 1, Planet ohne Atmosphäre,

Heißester Planet:            Planet 3, Planet mit nichtstrahlender Atmosphäre,

Dazwischen:                   Planet 2, Planet mit strahlender Atmosphäre, wie unsere Erde.

Diese Analyse der Wirkungen der Atmosphäre überhaupt und noch mit unterschiedlichen Atmosphäreneigenschaften führt zu dem Schluß, daß die strahlungsaktiven Substanzen in der Erdatmosphäre, das sind vor allem die sogenannten „ Treibhausgase “, die Atmosphäre kühlen, indem diese Wärme aus der Atmosphäre ins All abstrahlen (siehe auch [23]). Damit ist aber auch die Behauptung widerlegt, dass die „Treibhausgase“ zur Erwärmung der Atmosphäre beitragen. Grundsätzlich ist das Gegenteil der Fall: Ohne die sogenannten „Treibhausgase“ in unserer Atmosphäre wäre die Erde für die Menschheit ein unbewohnbarer Ort! Nicht weil es zu kalt wäre, nein, es wäre unerträglich heiß! Es ist also unzutreffend, daß der sogenannte „ Treibhauseffekt " der strahlungsaktiven Substanzen in der Erdatmosphäre, der nach [20] 33°C betragen soll (Temperatur im bodennahen Bereich +15°C an Stelle von -18°C), diese Wirkung hat. Vielmehr bewirken die strahlungsaktiven Bestandteile der Atmosphäre, daß die Temperaturen im Lebensbereich der Menschen nicht in der Größenordnung von +80°C (353 K) oder mehr liegen, sondern in einem Bereich, der uns das Leben ermöglicht; insgesamt kühlen also die sogenannten "Treibhausgase" die Erdatmosphäre.

Womit die Hypothese des sogenannten „Treibhauseffektes“, der temperaturerhöhenden Wirkung der „Treibhausgase", endgültig als Quatsch einzustufen ist. Da diese Hypothese jedoch den Befürchtungen um eine Klimagefährdung wie auch den Bemühungen um einen „ Klimaschutz “ als „Wissenschaftliche Grundlage“ dient, gibt es nur eine Konsequenz: Das gesamte Thema endlich durch unvoreingenommene und ausreichend qualifizierte Leute neu durchdenken zu lassen.

 

Eine Frage an die Leser

Abschließend eine Frage, verehrte Leser, wieso ist die Oberflächentemperatur des Mondes bei senkrechter Sonneneinstrahlung, sie wird in verschiedenen Quellen mit um 130°C genannt (the surface temperature at the equator during the day is 134°C (273° F) source: http://lunar.gsfc.nasa.gov/moonfacts.html), höher als die (Boden-)Oberflächentemperatur in vergleichbaren Gegenden auf der Erde, z.B. in der Sahara bei ebenfalls vergleichbaren Bedingungen bezüglich der Sonneneinstrahlung? Eigene Messungen bei nahezu senkrechtem Sonnenstand, klarem Himmel, ergaben für die nördliche Sahara um 80°C. Nach anderen, eher kümmerlichen, Quellen sollen nur um die 60° erreicht werden, obwohl  eigene Messungen selbst im Raum des nördlichen Mittelmeers schon Ergebnisse von 65°C ergaben. Und das auch noch, wo lt. gegenwärtig noch herrschender Meinung die Erde einen aufheizenden Treibhauseffekt hat, der Mond mangels Atmosphäre aber ohne einen solchen auskommen muß. Am längeren Mondtag kann dies nicht liegen, denn in der Mittagssonne steigt die (Boden-)Oberflächentemperatur in der Sahara nicht weiter, wenn sie den höchsten Wert erreicht hat, also kurz vor Höchststand, noch vor dem Erreichen des Zenits. Nach weiteren 30 Minuten Einstrahlung der Mittagssonne hat sich der zuvor bereits gemessene Wert nicht weiter erhöht.

Die Wirkung der "Treibhausgase" hinsichtlich der Wärme in der Lufthülle der Erde ist hier erläutert: http://www.real-planet.eu/treibhausgas.htm

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Quellen und Anmerkungen

[1] http://real-planet.eu/treibhauseffekt.htm#wieso

[2] Baehr, H. D., Thermodynamik, 10. Aufl. 2000, Springer, S.69

[3] Lucas, K., Thermodynamik, Springer, 2000, S. 153

[4] Baehr, H. D., a.a.O., S.32

[5] Baehr, H. D., a.a.O., S.33

[6] Kraus, H., Die Atmosphäre der Erde, Friedr. Vieweg & Sohn, 2000, S. 123

[7] Werte nach: Peixoto, J. P., Oort, A. H., Physics of Climate, American Institute of Physics, 1992, S. 94

[8] Bei zahlreichen der in Klimabetrachtungen angesetzten globalen Mittelwerte handelt es sich um mehr oder weniger geschätzte Größen. Da die meteorologischen Meßstationen sehr ungleichmäßig auf den Kontinenten verteilt sind und es auf den Ozeanen kein hinreichend dichtes Meßnetz gibt, sind sämtliche „Globalwerte“ mit Vorsicht zu verwerten.

[9] http://www.ssec.wisc.edu/gifts/navy/meetings/2003/PYang_MURI_2003.ppt

[10] http://www.guardian.co.uk/life/feature/story/0,13026,1108853,00.html

[11] Hug, H., Der CO2-Effekt oder die Spur einer Spur, Chemische Rundschau, Nr. 15/2002

[12] Diagrammgrundlage aus: Hanel, R. A. et al., Exploration of the solar system by infrared remote sensing, Cambridge University Press, 2003

[13] http://www.dmg-ev.de/gesellschaft/aktivitaeten/pdf/treibhauseffekt.pdf

[14] Calder, N., Die Launische Sonne, Dr. Böttiger Verlags-GmbH, 1997

[15] ausgenommen eine Veränderung der Atmosphärenmasse, wofür es aber zur Zeit keine ausreichend belastbaren Hinweise gibt, vgl. Fusion 3/2002, S.8-10

[16] Treibhauseffekt – ein forscher Irrtum http://krahmer.freepage.de/klima/thieme/thieme.html

[17] Wieder am Beginn einer „Kleinen Eiszeit“?, FAZ, 25.02.1977

[18] Malberg, H., Bauernregeln, 4., erweiterte Auflage, Springer, 2003, S. 194 – 217

[19] Blümel, W. D., 2000 Jahre Klimawandel und Kulturgeschichte, http://www.uni-stuttgart.de-wechselwirkungen-ww2002-bluemel.pdf , S. 4-5

[20] Gletscher im ständigen Wandel, Jubiläums-Symposium der Schweizerischen Gletscherkommission, Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, 1995

[21] http://www.mpimet.mpg.de/presse/faqs/wie-funktioniert-der-treibhauseffekt.html , dort unter Treibhauseffekt"

[22] Houghton, J., Globale Erwärmung: Fakten, Gefahren, Lösungswege, Springer 1977, S. 13 ff.

[23] Diese Erkenntnis ist mittlerweile (2008, immerhin nur drei Jahre nach Bekanntmachen von Shotskys Argumentation) auch in der sich hauptamtlich mit "Klima" beschäftigenden Wissenschaft angekommen: http://www.atmosphere.mpg.de/enid/2__Ozon/-_Abkuehlung_1nh.html 

 

Der vorstehende Artikel ist eine etwas erweiterte Fassung von Veröffentlichungen in der ew Elektrizitätswirtschaft, 5/2005, Klimagefährdung - Klimaschutz: Agitation ohne wissenschaftliche Rechtfertigung, und in Fusion, 1/2005, Die Atmosphäre - ein Energiespeicher. Diese Seite wurde am 02.06.2005 an dieser Stelle im Internet veröffentlicht. Der Nachtrag wurde am 20.06.2005 eingefügt. Links aktualisiert: 08.02.2007. Letzte Ergänzung: 08.01.2011, Umzug auf http://real-planet.eu/wspeicher.htm am 01.03.2010.

 

Lesenswert als zusammenfassende Darstellung der Wirkung der Atmosphäre: "Der Atmosphären-Effekt" von D. Hebert, http://www.schulphysik.de/klima/Atm_Effekt.pdf

zum Thema Klima/Klimagefährdung durch CO2: "Der Wasserplanet" von Ernst-Georg Beck,  www.biokurs.de/treibhaus/ ,

"Stellungnahme von Dr. John Christy vom 13. Mai 2003 gegenüber dem Ressourcenausschuss des US - Repräsentantenhauses",  http://mitglied.lycos.de/WilfriedHeck/20062003.htm ,

und zum Thema Klima/Klimawandel: http://www.klimanotizen.de ; http://www.schulphysik.de/klima.html .

 

* Dipl.-Ing. Heinz Thieme, Kaarst, Der Autor ist Mitverfasser und gehört zu den Erstunterzeichnern des Heiligenrother Klima-Manifestes http://www.klimamanifest-von-heiligenroth.de/, er war Mitbegründer von EIKE (Europäisches Institut für Klima und Energie).

Eine Übersicht weiterer Veröffentlichungen des Autors enthält: http://real-planet.eu

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