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MaP
Anmeldungsdatum: 26.06.2019
Beiträge: 1
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 MaP Verfasst am: 26. Jun 2019 19:23 Titel: Treibhaustheorie |
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Meine Frage:
Wärmefluss von Atmosphäre zu Erdoberfläche durch Treibhaustheorie.
Meine Ideen:
Atmosphäre ist kälter als Erdoberfläche und soll nach Treibhaustheorie die Erdoberfläche weiter erwärmen.
Versuchsaufbau:
Thermosflasche mit Wasser gefüllt (Wasser repräsentiert Atmosphäre).
Tauchsieder mit 15 Grad Celsius wird in Wasser getaucht. (Tauchsieder repräsentiert Erde)
--> Wasser erwärmt sich auf max. 15 Grad Celsius.
Vakuum der Thermosflasche wird durch CO2 ersetzt. (C02 repräsentiert angereicherte Atmosphäre)
--> Keine weitere Erwärmung des Wassers.
--> Energiebilanz der Strahlung (E=h*f) unabhängig vom thermischen Temperaturfluss
Treibhauseffekt wiederlegt? ( gibt es einen Denkfehler ? ) |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 26. Jun 2019 20:36 Titel: |
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Das Modell ist offenbar viel zu stark vereinfacht.
Es müsste ja zumindest irgendein gut bestätigtes Phänomen aus deinen Modell folgen, bevor du es auf den Treibhauseffekt anwenden kannst.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 27. Jun 2019 00:56 Titel: Re: Treibhaustheorie |
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| MaP hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Wärmefluss von Atmosphäre zu Erdoberfläche durch Treibhaustheorie. |
Das ist zwar keine Frage, aber ich antworte trotzdem: Aus der Atmosphäre fließt zwar Energie zur Erdoberfläche (insbesondere als Strahlung) aber dabei handelt es sich üblicherweise nicht um Wärme. Die ist nämlich so definiert, dass sie von warm nach kalt fließt und wie Du ja weißt, ist die Atmosphäre meistens kälter als die Erdoberfläche (mit wenigen Ausnahmen).
Davon abgesehen geschieht in der Natur grundsätzlich nichts durch eine Theorie. Theorien dienen lediglich dazu, die Natur zu beschreiben.
| MaP hat Folgendes geschrieben: |
Meine Ideen:
Atmosphäre ist kälter als Erdoberfläche und soll nach Treibhaustheorie die Erdoberfläche weiter erwärmen.
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Sie soll nicht nur, sondern sie tut es auch.
| MaP hat Folgendes geschrieben: |
Versuchsaufbau:
hermosflasche mit Wasser gefüllt (Wasser repräsentiert Atmosphäre).
Tauchsieder mit 15 Grad Celsius wird in Wasser getaucht. (Tauchsieder repräsentiert Erde)
--> Wasser erwärmt sich auf max. 15 Grad Celsius.
Vakuum der Thermosflasche wird durch CO2 ersetzt. (C02 repräsentiert angereicherte Atmosphäre)
--> Keine weitere Erwärmung des Wassers.
--> Energiebilanz der Strahlung (E=h*f) unabhängig vom thermischen Temperaturfluss
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Dieser Versuchsaubau ist für die Demonstration des Treibhauseffektes ungeeignet. Es fehlen wesentliche Voraussetzungen, wie z.B. die Beschränkung des Wärmeflusses auf Strahlung oder eine sehr kalte Umgebung (Weltall). Um so etwas ähnliches wie einen Treibhauseffekt zu konstruieren, könnte man den Aufbau folgendermaßen modifizieren:
- Das Wasser wird durch einen Festkörper ersetzt (z.B. eine Metallkugel).
- Anstelle eines Tauchsieders mit konstanter Temperatur wird in den Probekörper eine elektrische Heizung mit konstanter Heizleistung eingebaut (die kann man über Strom und Spannung bequem einstellen).
- Die Thermoskanne wird durch ein doppelwandiges Gefäß ersetzt, das für Wärmestrahlung möglichst komplett transparent ist (z.B. aus Kaliumbromid).
- Um die Wärmeleitung zu minimieren wird der Probekörper so im Doppelwandigen Gefäß untergebracht, dass er dieses nicht berührt (z.B. in dem er an dem Kabel aufgehängt wird, das die Heizung mit Strom versorgt).
- Das transparente doppelwandige Gewäß wird in ein weiteres Gefäß gesteckt, dass innen möglichst sämtliche Wärmestrahlung absorbiert und von außen möglichst stark abgekühlt wird (z.B. mit flüssigem Stickstoff).
Für die Vergleichsmessung wird der Zwischenraum des transparenten doppelwandigen Gefäßes mit einem Stickstoff/Sauerstoff-Gemisch ohne Treibhausgase gefüllt, dessen Temperatur unter die Gleichgewichtstemperatur des Probekörpers abgesenkt wird (z.B. indem man es außerhalb der Versuchsanordnung durch einen geeigneten Thermostaten leitet). Die Gleichgewichtstemperatur sollte dadurch möglichst nicht beeinflusst werden (andernfalls gibt es unerwünschte Wärmelecks, die das Ergebnis verfälschen können).
Für die Demonstration des Treibhauseffektes wird der weiterhin thermostatisierten künstlichen Luft Kohlendioxid zugemischt. Wenn sich die Gleichgewichtstemperatur des Probekörpers dadurch im Vergleich zur Referenzmessung erhöht, dann ist der Treibhauseffekt experimentell bestätigt.
| MaP hat Folgendes geschrieben: | | Treibhauseffekt wiederlegt? |
Nein (siehe oben).
| MaP hat Folgendes geschrieben: | | ( gibt es einen Denkfehler ? ) |
Es gibt ein Verständnisproblem. Dein Wissen über den Treibhauseffekt scheint sich auf die üblichen populärwissenschaftlichen Simplifizierungen zu beschränken. Das reicht nicht aus, um einen geeigneten Versuchsaufbau zu konstruieren. Ebensogut könnte man versuchen, ein funktionsfähiges Flugzeugmodell allein auf Grundlage von Bildern aus Kinderbüchern zu bauen. Damit könnte man auch nicht prüfen ob Flugzeuge fliegen können. |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 27. Jun 2019 07:30 Titel: |
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Ich glaube in den 50er Jahren hatte sich eine Reihe prominenter Physiker öffentlichkeitswirksam gegen eine nukleare Aufrüstung der BRD engagiert. Heute schweigen die Wissenschaftler. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 27. Jun 2019 07:51 Titel: |
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| franz hat Folgendes geschrieben: | | Heute schweigen die Wissenschaftler. |
Das stimmt doch nicht.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Ich
Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching
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| Ich Verfasst am: 27. Jun 2019 10:26 Titel: Re: Treibhaustheorie |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: |
| MaP hat Folgendes geschrieben: |
Meine Ideen:
Atmosphäre ist kälter als Erdoberfläche und soll nach Treibhaustheorie die Erdoberfläche weiter erwärmen.
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Sie soll nicht nur, sondern sie tut es auch.
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Nein, tut sie nicht. Die Atmosphäre ist kälter, und der Nettowärmestrom von der Erde zur Atmosphäre ist stark positiv.
Die Sonne erwärmt die Erde, und über die Atmosphäre kühlt sie weniger stark ab als sie es ohne täte. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 27. Jun 2019 12:21 Titel: Re: Treibhaustheorie |
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| Ich hat Folgendes geschrieben: | | Die Atmosphäre ist kälter, und der Nettowärmestrom von der Erde zur Atmosphäre ist stark positiv. |
Ich habe oben bereits geschrieben, dass das meistens der Fall ist. Wenn das eine Begründung für Deine Behauptung sein soll, dann musst Du das schon etwas ausführlicher darstellen.
| Ich hat Folgendes geschrieben: | | Die Sonne erwärmt die Erde, und über die Atmosphäre kühlt sie weniger stark ab als sie es ohne täte. |
Und auf diese Weise erwärmen zusätzliche Treibhausgase die Erde noch weiter. Warum behauptest Du also das Gegenteil? |
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Ich
Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching
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| Ich Verfasst am: 27. Jun 2019 13:29 Titel: Re: Treibhaustheorie |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Ich hat Folgendes geschrieben: | | Die Atmosphäre ist kälter, und der Nettowärmestrom von der Erde zur Atmosphäre ist stark positiv. |
Ich habe oben bereits geschrieben, dass das meistens der Fall ist. Wenn das eine Begründung für Deine Behauptung sein soll, dann musst Du das schon etwas ausführlicher darstellen.
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Gar nix muss ich.
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Ich hat Folgendes geschrieben: | | Die Sonne erwärmt die Erde, und über die Atmosphäre kühlt sie weniger stark ab als sie es ohne täte. |
Und auf diese Weise erwärmen zusätzliche Treibhausgase die Erde noch weiter. Warum behauptest Du also das Gegenteil? |
Weil der OP offensichtlich verwirrt ist durch die Aussage, dass die Atmosphäre die Erde erwärmt, obwohl sie kälter ist:
| MaP hat Folgendes geschrieben: | | Atmosphäre ist kälter als Erdoberfläche und soll nach Treibhaustheorie die Erdoberfläche weiter erwärmen. |
Darauf bist du nicht eingegangen.
Deine Aussage:
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Aus der Atmosphäre fließt zwar Energie zur Erdoberfläche (insbesondere als Strahlung) aber dabei handelt es sich üblicherweise nicht um Wärme. Die ist nämlich so definiert, dass sie von warm nach kalt fließt und wie Du ja weißt, ist die Atmosphäre meistens kälter als die Erdoberfläche (mit wenigen Ausnahmen). |
ist auch ohne jede Erklärungskraft. Erde und Atmosphäre tauschen durch verschiedene Mechanismen, auch Strahlung, Energie aus, und dabei handelt es sich um Wärme. Deswegen fließt diese Energie netto auch von der Erde zur kälteren Atmosphäre.
Zusätzlich fließt Energie in Form von Wärmestrahlung von der wärmeren Sonne zur kälteren Erde, wovon ein Großteil ohne Wechselwirkung mit der Atmosphäre direkt auf die Oberfläche trifft.
In beiden Fällen reden wir von Wärme, und in beiden Fällen fließt sie vom Wärmeren zum Kälteren. Es fließt keine signifikante zusätzliche nichtthermische Energie aus der Atmosphäre zur Erdoberfläche, wie du behauptest.
Die Funktion der Atmosphäre in dem Ganzen ist die einer Isolation. Eine Isolation erwärmt nichts zusätzlich - wie man leicht sieht, wenn man sich die Sonne wegdenkt -, sondern verringert Wärmeverlust. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 27. Jun 2019 21:20 Titel: Re: Treibhaustheorie |
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| Ich hat Folgendes geschrieben: | Weil der OP offensichtlich verwirrt ist durch die Aussage, dass die Atmosphäre die Erde erwärmt, obwohl sie kälter ist:
| MaP hat Folgendes geschrieben: | | Atmosphäre ist kälter als Erdoberfläche und soll nach Treibhaustheorie die Erdoberfläche weiter erwärmen. |
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Das ist kein Grund ihn weiter zu verwirren, indem Du behauptest, dass das nicht möglich ist. Offenbar bist Du genauso wie der OP viel zu sehr auf die Wärme fixiert. Damit stehst Du Dir in Bezug auf obige Aussage selbst im Weg.
| Ich hat Folgendes geschrieben: | | Erde und Atmosphäre tauschen durch verschiedene Mechanismen, auch Strahlung, Energie aus, und dabei handelt es sich um Wärme. |
Der Gesamtenergiefluss ist Wärme, seine Bestandteile aber nicht.
| Ich hat Folgendes geschrieben: | | Deswegen fließt diese Energie netto auch von der Erde zur kälteren Atmosphäre. |
Das ist zwar korrekt aber es hilft uns keinen Schritte weiter, wenn es um die Frage geht, ob die Atmosphäre die Erde erwärmen kann. Der Netto-Energiefluss zwischen Erde und Atmosphäre genügt nicht, um diese Frage zu beantworten. Man muss ihn dazu in seine Bestandteile zerlegen und dann prüfen, welcher davon welchen Effekt hat (siehe unten).
| Ich hat Folgendes geschrieben: | | Zusätzlich fließt Energie in Form von Wärmestrahlung von der wärmeren Sonne zur kälteren Erde, wovon ein Großteil ohne Wechselwirkung mit der Atmosphäre direkt auf die Oberfläche trifft. |
Das ist ebenfalls korrekt und hat genauso wenig mit obiger Aussage zu tun wie der Wärmefluss zwischen Erde und Atmosphäre.
| Ich hat Folgendes geschrieben: | | In beiden Fällen reden wir von Wärme, und in beiden Fällen fließt sie vom Wärmeren zum Kälteren. |
Auch das ist so korrekt wie irrelevant für obige Aussage.
| Ich hat Folgendes geschrieben: | | Es fließt keine signifikante zusätzliche nichtthermische Energie aus der Atmosphäre zur Erdoberfläche, wie du behauptest. |
Ich nehme zu Deinem Gunsten an, dass Du nicht verstanden hast, was ich geschrieben habe. Ich sprach von Strahlung aus der Atmosphäre zum Erdboden. Diese Strahlung ist thermisch. Sie fließt nicht zusätzlich zum Wärmestrom zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre sondern ist ein Teil davon. Da sie ungefähr die gleiche Leistung hat wie die direkte Einstrahlung von der Sonne, ist sie zweifellos signifikant.
| Ich hat Folgendes geschrieben: | | Die Funktion der Atmosphäre in dem Ganzen ist die einer Isolation. Eine Isolation erwärmt nichts zusätzlich - wie man leicht sieht, wenn man sich die Sonne wegdenkt -, sondern verringert Wärmeverlust. |
Es geht bei der fraglichen Aussage nicht um Wärme, sondern um Erwärmung, also um eine Erhöhung der Temperatur. Möglicherweise lässt Du Dich dadurch verwirren, dass beide Begriffe im Deutschen ähnlich klingen (anders als z.B. im Englischen) und bereits vom OP durcheinander gebracht werden. Um zu erklären, was mit der fraglichen Aussage tatsächlich gemeint ist, beschränke ich die Strahlungsbilanz der Erdoberfläche auf drei wesentliche Komponenten:
1. Die direkte Einstrahlung von der Sonne.
2. Die Abstrahlung von der Erdoberfläche.
3. Die Rückstrahlung aus der Atmosphäre.
Natürlich gibt es noch jede Menge weitere Energieströme, wie z.B. Transport von latenter Wärme durch Verdunstung und Kondensation, aber die sind nicht am Treibhauseffekt beteiligt. Außerdem vernachlässige ich räumliche und zeitliche Schwankungen, die alles nur komplizierter machen, ohne zum Verständnis beizutragen. Das Modell soll so einfach wie möglich sein, aber nicht einfacher.
Jetzt nehmen wir mal an, die Erde würde sich zunächst im stationären Zustand befinden und dann wird die Konzentration der Treibhausgase erhöht. Das sollte zu einer Verstärkung des Treibhauseffektes und in der Folge zu einer Erhöhung der Temperatur der Erdoberfläche führen. Dazu muss der Erde Energie zugeführt werden. Nun sehen wir uns mal an, woher diese Energie stammen kann:
1. Der Energiefluss von der Sonne zur Erde wird durch die Treibhausgase nicht erhöht. Tatsächlich wird er sogar etwas geringer weil der IR-Anteil durch die zusätzlichen Treibhausgase teilweise blockiert wird. Dieser Energiestrom kommt also nicht als Ursache für die Erwärmung in Frage. Er würde es bei Konstanz aller anderen Energieströme nicht einmal schaffen, die Temperatur konstant zu halten.
2. Die Abstrahlung von der Erdoberfläche ist von der Zusammensetzung der Atmosphäre unabhängig. Er hängt nur von der Beschaffenheit der Oberfläche selbst und ihrer Temperatur ab. Wenn sich die Temperatur nicht ändert, dann ändert sich auch die Abstrahlung nicht. Damit ist auch dieser Energiestrom aus dem Rennen.
3. Mit der Erhöhung der Treibhausgaskonzentration ändert sich das Emissionsspektrum der Atmosphäre. In der Folge emittiert sie bei gleicher Temperatur mehr Wärmestrahlung. Ein Teil dieser zusätzlichen Strahlung erreicht den Erdoden und erwärmt ihn. Das geht solange, bis sich ein neuer stationärer Zustand einstellt. Die Atmosphäre kann die Erde also nicht nur erwärmen, sondern sie ist in diesem Modell sogar die einzige Komponente, die dazu in der Lage ist (in komplexeren Modellen kann das anders aussehen.)
Grundsätzlich ist es natürlich möglich, anstelle der Strahlungsbilanz die Wärmebilanz zu diskutieren. Dann wären die Energieströme 2 und 3 meines Modells Teil desselben Wärmestroms und dieser würde - so wie Du es oben beschrieben hast - durch den Treibhauseffekt geringer werden. Das ist aber ungeeignet um die Erwärmung der Erde durch die Atmosphäre zu behandeln, weil diese spezielle Wechselwirkung in dieser Bilanz gar nicht einzeln auftaucht. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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MaP2
Gast
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| MaP2 Verfasst am: 03. Jul 2019 17:18 Titel: |
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Danke für die auführlichen Antworten.
Dann fasse ich mal zusammen: Der Treibhauseffekt ist thrrmodynamisch nicht zu erklären?
Ist diese Annahme experimentel verifiziert?
Gibt es noch andere Phänomene die den Thermodynamischen 2. Hauptsatz widersprechen? |
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MaP3
Gast
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| MaP3 Verfasst am: 03. Jul 2019 17:39 Titel: |
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Daraus folgt für mich eine weitere Frage : Wenn 2 Gase ( durch Vakuum getrennt ) zwei unterschiedliche Temperaturen besitzen. Nehmen wir an, dass eine Gas hätte 50 Grad Celsius, das andere hätte 100 Grad Celsius, dann strahlen zunächst erstmal beide Gase. Dies führt natürlich auch zu Anregungseffekten im 100 Grad Gas. Das heißt Elektronen in den Atomrümpfen werden in eine höre Schicht (E = h*f) angegergt. Jedoch führt dieser Effekt nicht zu einer höheren Temperatur im 100 Grad Gas. Der Wärmefluss ist definiert von Quelle zur Senke. Dieser Fluss existiert solang bis ein Ausgleich zwischen Senke und Quelle entsteht. Ein umgekehrter Fluss würde Thermo 2 Widersprechen. ( Wärme geht niemals von selbst von einem Körper niederer Temperatur zu einem Körper höherer Temperatur über. ). Daher bin ich sehr an einem experimentellen Nachweis dieses Effektes intressiert. Warum sollte das im Kontext der Atmosphäre anders sein ? |
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5870
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| Myon Verfasst am: 03. Jul 2019 18:06 Titel: |
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@MaP3: Ich verstehe wirklich nicht, was Du willst. DrStupid hat oben doch alles Wesentliche erklärt. Oder willst Du grundsätzlich bestreiten, dass es auf der Erde kälter wäre, wenn keine Atmosphäre vorhanden wäre?
Ohne Atmosphäre würde alle Wärmestrahlung, die von der Erde aus geht, in den Weltraum abgestrahlt werden. Mit Atmosphäre wird dort ein Teil dieser Strahlung absorbiert und wieder in alle Richtungen emittiert, ein Teil dieser emittierten Strahlung trifft also wieder auf die Erde und erwärmt diese „zusätzlich“. Durch höhere Konzentration von Treibhausgasen kann dieser Effekt verstärkt werden. Was ist daran so schwierig zu verstehen oder widerspricht thermodynamischen Gesetzen? Es behauptet ja niemand, dass sich die Erde erwärmt, weil sich die Atmosphäre abkühlt und dabei Wärme an die Erde fliesst. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 03. Jul 2019 19:32 Titel: |
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@MaP2: Myon hat zwar schon alles gesagt, aber ich widerhole es zur Sicherheit noch einmal im Detail:
| MaP2 hat Folgendes geschrieben: | | Dann fasse ich mal zusammen: Der Treibhauseffekt ist thrrmodynamisch nicht zu erklären? |
Das ist falsch. Der Treibhauseffekt ist thermodynamisch zu erklären.
| MaP2 hat Folgendes geschrieben: | | Gibt es noch andere Phänomene die den Thermodynamischen 2. Hauptsatz widersprechen? |
Es gibt keine Phänomene die dem 2. Hauptsatz widersprechen.
| MaP2 hat Folgendes geschrieben: | | Wärme geht niemals von selbst von einem Körper niederer Temperatur zu einem Körper höherer Temperatur über. |
Natürlich nicht. Wärme ist so definiert, dass sie freiwillig von warm nach kalt fließt. Das heißt aber nicht, dass jede Form von Energie nur in diese eine Richtung unterwegs ist.
| MaP2 hat Folgendes geschrieben: | | Warum sollte das im Kontext der Atmosphäre anders sein ? |
Es ist da nicht anders. Auch in der Atmosphäre fließt Wärme nur von warm nach kalt. Für Strahlung (die keine Wärme ist!) gilt das aber nicht. Letztere bewegt sich in alle Richtungen.
| MaP2 hat Folgendes geschrieben: | | Daher bin ich sehr an einem experimentellen Nachweis dieses Effektes intressiert. |
Für welchem Effekt? Du redest hier über vollkommen verschiedene Dinge:
Einerseits geht es um die Erwärmung der wärmeren Erde durch die kältere Atmosphäre. Das Experiment dazu läuft gerade im Maßstab 1:1 und die Erwärmung ist mittlerweile offensichtlich. Die Rückstrahlung aus der Atmosphäre, die es Dir offenbar besonders angetan hat, lässt sich dabei sogar direkt beobachten, indem man beispielsweise ein IR-Spektrometer in den Himmel richtet.
Andererseits spekulierst Du über Verstöße gegen den 2. HS und Wärme die in die falsche Richgung fließt. Dafür kann es keinen Nachweis geben weil sowas nicht passiert.
Ich hoffe das war jetzt deutlich genug. |
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Map4
Gast
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| Map4 Verfasst am: 03. Jul 2019 23:19 Titel: |
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Es ist wirklich eine Verständnisfrage.
Ich bedanke mich auch ausdrücklich für die ausführlichen Antworten.
Jedoch ist mir immernoch nicht klar warum es einen Wärmefluss von der kalten Atmosphäre zur warmen Erdoberfläche geben soll.
Einerseits sagst du es darf kein Wärmefluss von Kalt nach Warm geben, andrerseits sagst du, wenn es Strahlungsenergie ist, ist es ok ?
Aber in dem Modell mit den 2 Gasen kommt dieser Erwärmungseffekt doch auch nicht vor. Wieso dann auf der Erde? Ich bin Elektroingenieur mit der Spezialisierung MedizinTechnik. Ich hatte im Studium sowohl Strahlungsphysik als auch Thermodynamik. Dieser Effekt der in der Treibhaustheorie erklärt wird, ist für mich aber leider nicht nachvollziehen. Vielleicht gibt es aber Lektüre, die du mit empfehlen kannst? |
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Mp5
Gast
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| Mp5 Verfasst am: 03. Jul 2019 23:39 Titel: |
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Ich bezweifel auch keinen Isolationwirkung der Atmosphäre. Jedoch isoliert co2 schlechter als Luft (dpezifische Wärmekapazität 0.85). So würde durch die Erhöhung der Co2 Konzentration nach klassischer wärmelehre die Isolationwirkung sogar verringert werden. |
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MP6
Gast
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| MP6 Verfasst am: 04. Jul 2019 00:13 Titel: Re: Treibhaustheorie |
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Den Aussagen von "ich" kann ich uneingeschränkt folgen. |
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MaP7
Gast
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| MaP7 Verfasst am: 04. Jul 2019 00:59 Titel: |
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Ein wichtiger Nachtrag noch. Ein Energieaustausch ist nicht gleichzusetzen mit einem Wärmeaustausch. Q ist eine besondere Form der Energie. Energie darf zwischen 2 Strahlenden Körpern in beide Richtungen ausgetauscht werden. Der Wärmefluss darf aber nur vom Warmen zum kalten Körper stattfinden. Energiebilanz darf nicht mit Thermodynamik verwechselt werden. |
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5870
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| Myon Verfasst am: 04. Jul 2019 09:28 Titel: |
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Eigentlich wollte ich mich nie in solche Diskussionen einmischen, aber ich fühlte mich durch manche Beiträge etwas genervt...
Tatsache ist doch jedenfalls, dass auf der Erdoberfläche mehr Strahlung auftrifft mit Atmoshäre als ohne (die Atmosphäre ist relativ durchlässig für die kurzwelligere Sonnenstrahlung, aber absorbiert Teile der Wärmestrahlung der Erde und emittiert sie zurück). Die Erdoberfläche muss deshalb im Gleichgewicht eine höhere Temperatur haben als im Fall ohne Atmosphäre (Stefan-Boltzmann-Gesetz).
| Mp5 hat Folgendes geschrieben: | | Jedoch isoliert co2 schlechter als Luft (dpezifische Wärmekapazität 0.85). So würde durch die Erhöhung der Co2 Konzentration nach klassischer wärmelehre die Isolationwirkung sogar verringert werden. |
Für die Wirkung von CO2 ist hier nicht seine Wärmekapazität massgebend, sondern dass es Strahlung im Infrarotbereich absorbiert, also im Bereich, wo die Erdoberfläche mit etwa 300K v.a. Strahlung abgibt.
PS: Vielleicht noch in diesem Artikel nachlesen. Da wird auch kurz auf vorgebrachte Einwände bezüglich des 2. Hauptsatzes der Thermodymik eingegangen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 04. Jul 2019 10:09 Titel: |
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| Myon hat Folgendes geschrieben: | | Tatsache ist doch jedenfalls, dass auf der Erdoberfläche mehr Strahlung auftrifft mit Atmoshäre als ohne |
Nee.
Ohne Atmosphäre trifft 100% der Strahlungsleistung der Sonne auf die Erde; mit Atmosphäre wird zuvor ein Teil der Strahlung von derselben reflektiert.
Die Atmosphäre ändert letztlich das Abstrahlverhalten des Gesamtsystems „Erde inkl. Atmosphäre“.
Man vergleiche das mit einem Wasserreservoir mit Zu- und Abfluss: Der Zufluss (Sonne) ist fix, ein Rohr mit gegebenem Querschnitt und gegebenem Durchfluss (Strahlungsleistung). Der Abfluss (Abstrahlung) ist abhängig von Druck- bzw. Höhendifferenz, variablem Rohrquerschnitt (insbs. Beschaffenheit Erdoberfläche wie Erde vs. Eis sowie der Atmosphäre). Ein variabler Abfluss ändert den Füllstand (Temperatur).
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5870
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| Myon Verfasst am: 04. Jul 2019 10:55 Titel: |
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Ich hatte die auf der Erdoberfläche auftreffende Strahlung insgesamt gemeint. Wenn man sich diese Grafik ansieht, dann käme ohne Atmosphäre im Mittel eine Strahlungsintensität von 341W/m^2 an, mit Atmosphäre und inkl. der von der Atmosphäre emittierten Strahlung sind es 494W/m^2. Nach dieser Grafik strahlt die Erdoberfläche auch mehr ab, als sie es ohne Atmosphäre im Gleichgewicht könnte.
Doch ich geb' zu, ich habe mich nie näher mit diesem Thema befasst und nehme das zum Anlass, mich mal nach einem Buch umzusehen. Denn interessieren würde es mich schon, auch unabhängig von aktuellen Klimadiskussionen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 04. Jul 2019 13:27 Titel: |
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Die Graphik ist teilweise irreführend. Insbs. dürfen die Zahlen nicht einfach addiert werden; das ist falsch. Mehr als die 341 gehen nicht.
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5786
Wohnort: Heidelberg
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| as_string Verfasst am: 04. Jul 2019 14:54 Titel: |
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Wieso sollte das nicht gehen? Natürlich kann man die addieren und natürlich kann die Erde mehr abstrahlen durch ihre eigene Schwarzkörperstrahlung, als von der Sonne gefiltert ankommt.
Betrachte die Erde ohne Atmosphäre, die von der Sonne bestrahlt wird. Die würde sich mit der Zeit so aufwärmen, dass ihre Abstrahlung der Menge an absorbiertem Sonnenlicht entspricht., also diesen 341W/m^2
Mit Atmosphäre wird sie aber wärmer und strahlt deshalb auch mehr ab.
Gruß
Marco |
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5786
Wohnort: Heidelberg
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| as_string Verfasst am: 04. Jul 2019 14:57 Titel: |
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| Map4 hat Folgendes geschrieben: | | Jedoch ist mir immernoch nicht klar warum es einen Wärmefluss von der kalten Atmosphäre zur warmen Erdoberfläche geben soll. |
Sagt er doch auch gar nicht: Das ist nicht Wärme, die da zurück fließt, sondern Energie in Form von Strahlungsenergie. Warum kommst Du immer wieder mit der Wärme? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 04. Jul 2019 15:24 Titel: |
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| as_string hat Folgendes geschrieben: | | Natürlich kann man die addieren und natürlich kann die Erde mehr abstrahlen durch ihre eigene Schwarzkörperstrahlung, als von der Sonne gefiltert ankommt. |
Was ist "die Erde"? Mit oder ohne Atmosphäre?
Wenn wir einen Zeitraum mit statischem Zustand konstanter Temperatur betrachten, dann gelten mit Atmosphäre für die genannten 341 W/m² die Bilanzgleichungen
341 = 102 + 161 + 78
341 = 239 + 102
Wie soll man daraus nun auf den Körper ohne Atmosphäre schließen?
| as_string hat Folgendes geschrieben: | | Betrachte die Erde ohne Atmosphäre, die von der Sonne bestrahlt wird. Die würde sich mit der Zeit so aufwärmen, dass ihre Abstrahlung der Menge an absorbiertem Sonnenlicht entspricht, also diesen 341W/m^2 |
Die Erde ohne Atmosphäre würde nicht diese 341W/m² absorbieren und wieder abstrahlen, sondern aufgrund der Reflexion natürlich weniger, d.h.
341 W = Absorbiert + Reflektiert = α * Sonne + (1-α) * Sonne
Absorbiert = Emittiert = εσT⁴
Man könnte versuchen, diese Anteile für das Modell eines grauen Körpers aus der Graphik zu ermitteln, in dem man Absorptions- und Reflexionskoeffizient über alle Wellenlängen als konstant annimmt. Das ist in der Praxis jedoch sicher nicht korrekt, wenn der Reflexionskoeffizient aufgrund des schmelzenden Eises und der geringeren Eisfläche steigt.
| as_string hat Folgendes geschrieben: | | Mit Atmosphäre wird sie aber wärmer und strahlt deshalb auch mehr ab. |
Das gilt es aber zu berechnen; die Aussage alleine hilft nicht weiter.
EDIT: nach dem Kirchhoffschen Gestz wäre
und damit
 I_S)
d.h. die Gleichgewichtstemperatur wäre für den idealen schwarzen und den idealen grauen Strahler identisch (hab' mir das gerade zum ersten mal so überlegt; passt das?)
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5786
Wohnort: Heidelberg
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| as_string Verfasst am: 04. Jul 2019 16:04 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | as_string hat Folgendes geschrieben: | | Natürlich kann man die addieren und natürlich kann die Erde mehr abstrahlen durch ihre eigene Schwarzkörperstrahlung, als von der Sonne gefiltert ankommt. |
Was ist "die Erde"? Mit oder ohne Atmosphäre? |
Naja, in dem Schaubild ist die Atmosphäre ja offensichtlich separat aufgeführt, also ist mit "Erde" offenbar nur der Rest gemeint.
| TomS hat Folgendes geschrieben: | Wenn wir einen Zeitraum mit statischem Zustand konstanter Temperatur betrachten, dann gelten mit Atmosphäre für die genannten 341 W/m² die Bilanzgleichungen
341 = 102 + 161 + 78
341 = 239 + 102
Wie soll man daraus nun auf den Körper ohne Atmosphäre schließen? |
Fakt ist ja, dass die Strahlungsdichte von 341W/m^2 offenbar die der Sonne im Erdabstand ist (Vielleicht noch gemittelt auf die Kugeloberfläche der Erde, weiß ich jetzt nicht, müsste ich auch nachrechnen, aber das spielt hier auch keine Rolle). Das ist gegeben, egal ob eine Atmosphäre vorhanden ist. Sind wir uns so weit einig?
Die Erde wird nach langer Zeit eine Temperatur annehmen, dass sie genau so viel Strahlung wieder abgibt, in Form von Schwarzkörper-Strahlung und Reflexion.
Die Schwarzkörper-Strahlung hängt von der Temperatur der Erde an ihrer Oberfläche ab. Wieviel Anteil die Reflexion hat, weiß ich nicht. Dieser wird sich natürlich stark verändern, wenn man die Atmosphäre weg ließe. Gehen wir der Einfachheit halber mal von einer schwarzen Kugel aus, dann ist die Abstrahlung direkt von der Temperatur abhängig.
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | as_string hat Folgendes geschrieben: | | Betrachte die Erde ohne Atmosphäre, die von der Sonne bestrahlt wird. Die würde sich mit der Zeit so aufwärmen, dass ihre Abstrahlung der Menge an absorbiertem Sonnenlicht entspricht., also diesen 341W/m^2 |
Die Erde ohne Atmosphäre würde nicht diese 341W/m² absorbieren und wieder anstrahlen, sondern aufgrund der Reflexion natürlich weniger, d.h.
341 W = Absorbiert + Reflektiert = a * Sonne + (1-a) * Sonne
Absorbiert = Emittiert = εσT⁴ |
Ja, das stimmt, Reflexion hatte ich vergessen. Aber andereseits stimmt die Tatsache trotzdem, dass insgesamt genau so viel wieder abgestrahlt wird, wie die Oberfläche trifft. Da aber ein Teil in Form von Reflexion wieder abgestrahlt werden würde, wäre die Temperatur noch geringer, weil die Wärmestrahlung dann ja geringer sein muss, als diese 341W/m^2.
In der Grafik ist 23W/m^2 für Reflexion und 161W/m^2 für Absorption angegeben. Die Reflexion macht also gerade mal ein Achtel aus.
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | as_string hat Folgendes geschrieben: | | Mit Atmosphäre wird sie aber wärmer und strahlt deshalb auch mehr ab. |
Das gilt es aber zu berechnen; die Aussage alleine hilft nicht weiter. |
Offenbar strahlt sie ja (also die Erde ohne Atmosphäre) laut dieser vereinfachenden Grafik 396W/m^2 ab. Das scheint ja die reine Wärmestrahlung zu sein, weil Reflexion schon mit den 23W/m^2 raus gerechnet ist und auch andere Dinge, wie Konvektion etc. separat aufgeführt werden. Das ist aber schon deutlich mehr, als die 341W/m^2, was die Sonne bestrahlt. Die Temperatur der Erde aktuell mit Atmosphäre muss demnach also höher sein, als sie ohne Atmosphäre (aber ansonsten unverändert) wäre.
Gruß
Marco |
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as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5786
Wohnort: Heidelberg
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| as_string Verfasst am: 04. Jul 2019 16:10 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | d.h. die Gleichgewichtstemperatur wäre für den idealen schwarzen und den idealen grauen Strahler identisch (hab' mir das gerade zum ersten mal so überlegt; passt das?) |
Das müsste ich mir erst selbst mal überlegen (kann hier gerade schlecht, bin bei der Arbeit...  )
Aber ad hoc würde ich sagen, dass das nicht stimmen kann. Wenn ich mir eine verspiegelte Kugel und eine schwarze Kugel vorstelle, wie sie bestrahlt werden, dann kann ich mir nicht vorstellen, dass die die gleiche Gleichgewichtstemperatur bekommen würden.
Muss man nicht sagen: Absorbierte Leistung entspricht auftreffende Leistung minus Reflexion (wie Du das ja auch schon angesetzt hattest). Wärmestrahlung muss der Absorbierten Leistung entsprechen -> Nach dem Kirchhoffschen Gesetz kannst Du so die Temperatur bestimmen, die bei einer verspiegelten Kugel natürlich viel geringer wäre, als bei einer schwarzen, weil ja auch viel weniger absorbiert wurde.
Oder denke ich zu naiv?
Gruß
Marco |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 04. Jul 2019 17:37 Titel: |
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| as_string hat Folgendes geschrieben: | | Oder denke ich zu naiv? |
Ich habe genauso naiv gedacht, dann naiv die obigen Formeln skizziert und bin auf dieses interessante - oder eben falsche - Ergebnis gestoßen; muss noch mal in Ruhe darüber nachdenken
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 04. Jul 2019 18:40 Titel: |
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Ich fürchte, ich muss es aufgeben. Hier meine Rechnung, so weit wie ich gekommen bin:
Im stationären Zustand gilt an der Erdoberfläche
mit
 Temperatur der Oberfläche
 Heizleistung (durch die Sonne)
 Intensität der Gegenstrahlung an der Oberfläche
Die Intensität der Gegenstrahlung muss durch Lösung der Strahlungstransportgleichung ermittelt werden. Diese lautet bei Vernachlässigung der Streuung
mit
 Emission
 Absorptionskoeffizient
Für die Emission gilt bei einem grauen Strahler
mit
 Stefan-Boltzmann-Konstante
Der Absorptionskoeffizient steigt linear mit dem Partialdruck des Treibhausgases. Unter der Annahme, dass die relative Zusammensetzung über die komplette Luftsäule konstant bleibt, ist er auch proportional zum Gesamtdruck:
mit
 Absorptionskoeffizient an der Oberfläche
 Luftdruck an der Oberfläche
Um überhaupt eine Chance zu haben, zu einem Ergebnis zu kommen, habe ich zusätzliche angenommen, dass der Temperaturgradient der Atmosphäre nicht strahlungsdominiert ist. Andernfalls müsste ich zusätzliche zur Gleichgewichtstemperatur am Boden auch noch die Gleichgewichtstemperatur der Atmosphäre in Abhängigkeit von der Höhe berechnen. Da wüsste ich nicht einmal wo ich anfangen soll. Stattdessen gehe ich von einer adiabatischen Schichtung aus, was zumindest in der Troposphäre halbwegs realistisch ist (und da spielt sich der Treibhauseffekt hauptsächlich ab). Das führt zu
 \cdot \frac{{M \cdot g}}{{R \cdot T_0 }}} \right]^{\frac{k}{{k - 1}}})
 \cdot \frac{{M \cdot g}}{R})
mit
 Adiabatenkoeffizient ( hatte ich schon für den Absorptionskoeffizient verbraucht)
 mittlere Molmasse der Luftmoleküle
 Fallbeschleunigung
 Gaskonstante
 Höhe über der Erdoberfläche
Zusammen ergibt das die Differentialgleichung für die Rückstrahlung:
 \cdot \frac{{M \cdot g}}{{R \cdot T_0 }}} \right]^{\frac{k}{{k - 1}}} \cdot \left\{ {\sigma \cdot \left[ {T_0 - z \cdot \left( {1 - \frac{1}{k}} \right) \cdot \frac{{M \cdot g}}{R}} \right]^4 - I} \right\})
Hier ist für mich Schluss. Um die Rechnung abzuschließen müsste man die DGL vom oberen Rand der Atmosphäre bis zur Erdoberfläche integrieren, das Ergebnis in die Strahlungsbilanz der Oberfläche einsetzen und dann nach der Temperatur auflösen. Das übersteigt meine Fähigkeiten.
PS: Keine Ahnung warum ich jetzt meinen alten Beitrag ersetzt habe, anstatt einen neuen zu erstellen.
Zuletzt bearbeitet von DrStupid am 04. Jul 2019 20:24, insgesamt 5-mal bearbeitet |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 04. Jul 2019 18:47 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: | | Myon hat Folgendes geschrieben: | | Tatsache ist doch jedenfalls, dass auf der Erdoberfläche mehr Strahlung auftrifft mit Atmoshäre als ohne |
Nee.
Ohne Atmosphäre trifft 100% der Strahlungsleistung der Sonne auf die Erde; mit Atmosphäre wird zuvor ein Teil der Strahlung von derselben reflektiert. |
Du setzt hier fälschlicherweise Erdoberfläche und Erde gleich. |
Ich setze das richtigerweise gleich, denn ohne Atmosphäre ist das ja wohl das selbe.
| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | TomS hat Folgendes geschrieben: | | Das gilt es aber zu berechnen; die Aussage alleine hilft nicht weiter. |
Dir ist aber schon klar, dass das beliebig kompliziert werden kann, oder? |
Ja. Deswegen sollte wenigsten der einfache Fall verstanden sein.
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MP10
Gast
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| MP10 Verfasst am: 04. Jul 2019 19:02 Titel: |
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Modell : 2 Gasansammlungen ( durch Vakuum getrennt ) besitzen zwei unterschiedliche Temperaturen. Nehmen wir an, dass eine Gas hätte 50 Grad Celsius, das andere hätte 100 Grad Celsius, dann strahlen zunächst erstmal beide Gase. Dies führt natürlich auch zu Anregungseffekten im 100 Grad Gas. Das heißt Elektronen in den Atomrümpfen werden in eine höre Schicht (E = h*f) angegergt. Etc. Jedoch führt dieser Effekt nicht zu einer höheren Temperatur im 100 Grad Gas
Es wird solange ein wärmerefluss stattfinden bis Quelle und Senke das gleiche Niveau haben. Danach strahlen immernoch beide Gase. Es gibt auch immernoch Anregungseffekte. Es gibt aber keinen Wärmefluss mehr. Da Quelle und Senke die gleiche Temperatur besitzen. Das gleiche passiert auch zwischen Atmosphäre und Erde. Es ist unerheblich ob Atmosphäre strahlt oder der Erdboden strahlt. Nur der Temperaturunterschied ist in der Thermodynamik wichtig.
Energieaustausch ist nicht gleich Wärmefluss. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 04. Jul 2019 19:53 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Ich setze das richtigerweise gleich, denn ohne Atmosphäre ist das ja wohl das selbe. |
Mit Atmosphäre aber nicht. Lies Dir die fragliche Aussage doch bitte noch einmal ganz genau durch:
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Tatsache ist doch jedenfalls, dass auf der Erdoberfläche mehr Strahlung auftrifft mit Atmoshäre als ohne |
Hast Du bemerkt, dass sich "mehr Strahlung" auf die Erdoberfläche "mit Atmoshäre" bezieht?
| TomS hat Folgendes geschrieben: | | Deswegen sollte wenigsten der einfache Fall verstanden sein. |
Aber selbst der einfache Fall ist schon zu kompliziert (siehe oben in meinem versehentlich ersetzten Beitrag). |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 04. Jul 2019 20:17 Titel: |
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| MP10 hat Folgendes geschrieben: | | Modell : 2 Gasansammlungen ( durch Vakuum getrennt ) besitzen zwei unterschiedliche Temperaturen. |
Damit ist der Treibhauseffekt nicht zu modellieren. Es fehlt mindestens:
1. die Energiequelle
2. der variable Absorptionskoeffizient des kalten Gases
| MP10 hat Folgendes geschrieben: | | Das heißt Elektronen in den Atomrümpfen werden in eine höre Schicht (E = h*f) angegergt. |
Mit maximal 100 °C sind die Gase dafür zu kalt.
| MP10 hat Folgendes geschrieben: | | Es gibt aber keinen Wärmefluss mehr. Da Quelle und Senke die gleiche Temperatur besitzen. Das gleiche passiert auch zwischen Atmosphäre und Erde. |
Da Atmosphäre und Erdboden unterschiedliche Temperaturen haben, ist das offensichtlich nicht der Fall. Spätestens an dieser Stelle hättest Du erkennen müssen, dass mit Deinem Modell etwas nicht stimmt. |
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Map11
Gast
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| Map11 Verfasst am: 04. Jul 2019 20:48 Titel: |
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Dieses Gas Modell war nur ein Beispiel. Beide Gase können auch 1000 grad zu 500 Grad haben. Ja sowohl Erde als auch Atmosphäre strahlen. Da aber die Atmosphäre kälter als die Erde ist, kann es niemals zu einem Wärmefluss von Atmosphäre zur Erde kommen. Egal in welchen spektralfarben die Atmosphäre strahlt. Und auch egal wieviel infrotstrahler, wie CO2 darin enthalten sind.
Nur der Temperatur Unterschied ist wichtig.
Ja die Zusammensetzung ist wichtig für die Isolationwirkung. Aber nicht für die Richtung der Erwärmung. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5043
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| DrStupid Verfasst am: 04. Jul 2019 21:08 Titel: |
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| Map11 hat Folgendes geschrieben: | | Da aber die Atmosphäre kälter als die Erde ist, kann es niemals zu einem Wärmefluss von Atmosphäre zur Erde kommen. |
Das behautet doch auch niemand.
| Map11 hat Folgendes geschrieben: | | Ja die Zusammensetzung ist wichtig für die Isolationwirkung. |
Dann versuch' doch mal zu erklären, wie diese "Isolationwirkung" aus der Zusammensetzung resultiert.
| Map11 hat Folgendes geschrieben: | | Aber nicht für die Richtung der Erwärmung. |
Was ist die "Richtung der Erwärmung"? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 04. Jul 2019 22:39 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Hast Du bemerkt, dass sich "mehr Strahlung" auf die Erdoberfläche "mit Atmoshäre" bezieht? |
nochmal: ja
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5870
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| Myon Verfasst am: 04. Jul 2019 22:48 Titel: |
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Im Buch Roedel: Physik der Umwelt - Atmosphäre findet sich einiges über den Strahlungshaushalt von Atmosphäre, Erdoberläche und globaler Strahlungsbilanz. Zentrale Aussagen zum Thema sind in diesem Abschnitt zusammengefasst.
Die von der Erdoberfläche abgegebene Strahlung bei T=288K (373W/m2) ist nicht nur höher, als die von der Oberfläche absorbierte Sonnenstrahlung (175W/m2), sondern sogar höher als die auf der Erde auftreffende mittlere Intensität der Sonnenstrahlung überhaupt (342W/m2). Die Diskrepanz kommt daher, weil sich die Atmosphäre wie ein weiterer thermischer Strahler verhält, der ebenfalls zur Erdoberfläche strahlt (man könnte sich ja auch einen nahen Riesenplaneten als Ersatz denken).
Auch wenn es zuerst seltsam erscheint, ist damit energiemässig nichts verletzt: alles ist stationär, die Temperaturen sind überall konstant. Erde plus Atmosphäre strahlen insgesamt genau gleich viel nach aussen ab, wie sie Sonnenstrahlung absorbieren. Dasselbe gilt für die Atmosphäre und die Erdoberfläche (hier kommen Mechanismen wie Konvektion hinzu).
Was den grauen/schwarzen Körper betrifft: diese müssten im Gleichgewicht mit der Umgebung die gleiche Temperatur annehmen. Bei z.B. einem verspiegelten Körper dauert es einfach viel länger, bis er sich erwärmt und sich ein Gleichgewicht einstellt. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18065
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| TomS Verfasst am: 04. Jul 2019 23:01 Titel: |
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| Myon hat Folgendes geschrieben: | | Die von der Erdoberfläche abgegebene Strahlung bei T=288K (373W/m2) ist nicht nur höher, als die von der Oberfläche absorbierte Sonnenstrahlung (175W/m2), sondern sogar höher als die auf der Erde auftreffende mittlere Intensität der Sonnenstrahlung überhaupt (342W/m2). |
Das ist wohl nur missverständlich formuliert.
Die gesamte einlaufende Leistung ist identisch zur auslaufenden Leistung. Anders kann es sich bei konstanter Temperatur der Erde - genauer: Erdoberfläche - nicht verhalten. Alles weitere sind wichtige Details, die die Gesamtbilanz aber nichts ändern.
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Myon
Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5870
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| Myon Verfasst am: 04. Jul 2019 23:25 Titel: |
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Die obige Formulierung ist eine Zusammenfassung von mir. Falls sie falsch ist, ist dafür nicht der erwähnte Autor verantwortlich.
Im Buch steht wörtlich (das sollte wohl erlaubt sein zu zitieren):
„Betrachtet man, wie schon angedeutet, die Erdoberfläche als thermischen Strahler mit einer mittleren Temperatur von etwa 288 K, so stößt man im ersten Anschein auf eine grundlegende Diskrepanz. Die thermische Abstrahlung der Erdoberfläche nach dem Stefan-Boltzmann’schen Gesetz, bei einem angenommenen thermischen Emissionsvermögen von 95 %, beträgt im Mittel etwa 395 W/m2 ; sie ist damit beträchtlich höher als die gesamte Einnahme der Erdoberfläche an solarer Energie in Höhe von etwa 160 W/m2, ja sie ist sogar noch deutlich höher als die ganze solare Einstrahlung (S0) an der Atmosphärenobergrenze von 340 W/m2.“ (...) „Diese Diskrepanz wird dadurch aufgelöst, dass die Atmosphäre im Infraroten Strahlung absorbiert, damit selbst ein thermischer Strahler ist und einen beträchtlichen Teil der ihr zugeführten Energie wieder zum Erdboden als sogenannte thermische „Gegenstrahlung“ zurückstrahlt.“
Man könnte das Ganze als Nullsummenspiel abtun, aber ohne Einbezug der von der Atmosphäre zur Erde gestrahlten Strahlung kann die Temperatur der Erdoberfläche und die von ihr abgegebene Strahlung plus Konvektion etc. nicht erklärt werden.
PS: Dass von der Erde insgesamt (mit Atmosphäre) die gleiche Leistung ins Weltall emittiert wird wie Sonnenstrahlung absorbiert wird, habe ich oben schon geschrieben. Es ging mir alleine um den Energiehaushalt der Erdoberfläche.
PPS: Im Wikipedia-Artikel stehen etwas andere Zahlen, es wird dort auch auf eine Ausgabe des Buches von 1994 verwiesen. Die obigen Zitate stammen aus der neusten Auflage von 2017. |
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Duke711
Anmeldungsdatum: 26.01.2017
Beiträge: 434
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