CO2 Absorption im Selbstversuch
Ein schönes Experiment zur CO2 Absorption und zum Treibhauseffekt habe ich kürzlich im Internet gefunden.
Eine Kerze wird angezündet und hinter einer luftdicht verschlossenen Glasröhre aufgestellt. Am anderen Ende der Röhre befindet sich eine IR-Kamera. Die Röhre wird nun über eine Druckflasche mit CO2 befüllt. Das IR-Bild der Kerze verändert sich. Die Flamme geht von einer rötlich-gelben Färbung in eine grünlich-blaue Färbung über. Damit ist die CO2 Absorption der Wärmestrahlung belegt.
Schön und gut, aber es stellt sich die Frage: Was hat das mit dem sog. Treibhauseffekt zu tun?
Zunächst ein wenig Grundlagenwissen aus der Atmosphärenphysik und Spektroskopie.
Die Erdatmosphäre besteht zu ca. 78% aus Stickstoff, zu ca. 21% aus Sauerstoff und zu ca. 1% aus Argon. Der CO2-Anteil beträgt ca. 0,038%. Das wirksamste sog. Treibhausgas in der Atmosphäre ist der Wasserdampf. Weit dahinter folgen Treibhausgase wie CO2, Methan (CH4), Ozon (O3) und Stickoxide (N2O), welche nur noch in Spuren in der Atmosphäre vertreten sind.
Die Hauptbestandteile der Luft Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2) (99% Anteil) absorbieren keine IR-Strahlung. Diese Gase sind für IR-Strahlung weitgehend transparent. Nur die in Spuren vertretenen sog. Treibhausgase sind in der Lage IR-Strahlung zu absorbieren. Diese Gase absorbieren auch nicht über den ganzen IR-Bereich, sondern nur bei diskreten Wellenlängen (Absorptions-Linien/Banden).
Die nachfolgende Abbildung gibt einen Überblick über die Wärmeabstrahlung der Erde (oben rechts) und das Absorptionsvermögen der Treibhausgase (direkt darunter).
Quelle: Wikipedia
Die Erde Strahlt die aufgenommene Wäre der Sonne in einem Wellenlängenbereich zwischen 3 und 100 Mikrometer (Millionstel Meter) wieder ab (Infrarotstrahlung, die blaue Kurve, rechts oben im Bild). Nur in einem schmalen Bereich eines Strahlungsfenster zwischen 8 bis 13 Mikrometer ist eine nahezu ungehinderte Ausstrahlung möglich (der blau gekennzeichnete Bereich, rechts oben im Bild). Vor allem der Wasserdampf in der Atmosphäre ist für die Eingrenzung auf dieses Strahlungsfenster verantwortlich. Er absorbiert den Grossteil der Strahlungsenergie und grenzt die Durchlässigkeit des Fensters auf 8 bis 17 Mikrometer ein. CO2 kommt als Treibhausgas an zweiter Stelle. Es grenzt das Strahlungsfenster vor allem im Bereich von 13 – 17 Mikrometer ein. (Maximale Absorption liegt bei 15 Mikrometer).
Durch das sog. Strahlungsfenster bei 8 bis 13 Mikrometer (der blau gekennzeichnete Bereich, rechts oben im Bild) schauen auch die IR-Wettersatelliten. Hier kann die Wärmestrahlung der Erde nahezu ungehindert entweichen. Das ermöglicht einen direkten Blick bis auf die untere Wolkendecke und Erdoberfläche.
IR-Bild eines Wettersatelliten von den Alpen (Vergrößerung: Klick)
Außerhalb des Wärmeabstrahlungsspektrums der Erde liegen ebenfalls sog. Infrarotfenster, welche für das IR-Licht durchlässig/durchsichtig sind. Astronomische Beobachtungen über erdgestützte Observatorium/Teleskope (z.B. von den Kanarischen Inseln aus) sind hier möglich. Beispiele dafür zeigt die nächste Abbildung.
Über das 1.25-Mikrometer (J Band), dass 2.2-Mikrometer (K Band) und das 4.7-Mikrometer (M Band) lässt sich z.B. von der Erde aus der Mars beobachten. Dabei kann man im IR sogar durch die Marsatmosphäre (welche zu fast 100% aus CO2 besteht) bis auf die Marsoberfläche blicken. Mit einer handelsüblichen IR-Kamera, die im Bereich von 7,5-13 Mikrometer misst, kann man ebenfalls den Sternenhimmel betrachten. Ein Blick auf den Mond ist problemlos möglich.
Diese Beobachtungen sind möglich, da man in Wellenlängenbereichen durch die Atmosphäre schaut, welche nicht oder nur wenig durch die Absorptions-Linien/Banden der Treibhausgase beeinträchtigt werden. Geht man in den Bereich der Absorptions-Linien/Banden der Treibhausgase, so wird die Atmosphäre für Wärmestrahlung undurchlässig/undurchsichtig.
Kommen wir also auf den Versuch vom Anfang zurück. Für das Experiment wurde die IR-Kamera über Filter und Software so eingestellt, dass man sich im Bereich der ungesättigten Absorptions-Linien/Bande des CO2 bei 4,3 Mikrometer befindet. (Also weitgehend außerhalb des Wärmeabstrahlungsspektrums der Erde, aber mitten im Wärmeabstrahlungsspektrum der Kerzenflamme).
Messbereich einer IR-Kamera im mittleren Infrarot (3-5 Mikrometer). Mit Filtern wurde der Messbereich (Sichtbereich der Kamera) auf die Absorptions-Linien/Bande des CO2 bei 4,3 Mikrometer eingegrenzt.
Weiter wurde eine 100% CO2-Atmosphäre mit leichtem Überdruck in die Röhre erzeugt. Es wurden also spezielle Voraussetzungen geschaffen, um das Experiment glücken zu lassen. Nur hat das wenig mit der Realität zu tun. Die entscheidende Ausstrahlungsfenster der Erde liegt bei 8 bis 13 Mikrometer und die für den Treibhauseffekt entscheidende Absorptions-Linie/Bande des CO2 bei 15 Mikrometer. Für die Messung wurde also der falsche Spektralbereich (der falsche Wellenlängenbereich) gewählt.
Weiter zu berücksichtigen ist, dass die entscheidende Absorptions-Linie/Bande des CO2 bei 15 Mikrometer (die im Versuch nicht gezeigt wird) weitgehend gesättigt ist. Das bedeutet, die aktuelle CO2-Konzetration von 0,038% bzw. 380 ppm (CO2-Teile pro Mio. Luftteilchen) in der Atmosphäre, leistet nahezu alles, was sie zu leisten im Stande ist. D.h. weiteres CO2 trägt kaum noch zur Verstärkung der Absorption bei. Das kann man sich anhand einer rußgeschwärzten Glasscheibe veranschaulichen, durch welche man in den Himmel blickt. Anfangs ist die Scheibe noch völlig durchlässig für das Sonnenlicht. Mit dem Schwärzen nimmt die Durchlässigkeit aber schnell ab. Am Ende bringt ein weiteres Schwärzen nichts mehr viel, da die Scheibe nahezu undurchlässig für das Sonnenlicht geworden ist. Ähnlich verhält es sich mit der Absorptions-Linie/Bande des CO2 bei 15 Mikrometer. Auch hier müsste man in die ungesättigten Randbereiche der Linien und Banden bei 15 Mikrometer gehen, um einen kleinen Effekt zeigen zu können.
Anlage: Mit der IR-Kamera in der Disco
Die eingeatmete Luft enthält:
0,038 % CO2.
Nach Pschyrembel, Medizinisches Wörterbuch, 257. Auflage, 1994 S. 130 enthält die ausgeatmete Luft:
4 % CO2. (Das über 100-fache der eingeatmeten Luft).
Benutz man eine handelsübliche IR-Kamera (ohne Filter) in einer Disco, so zeigt sich keine Beeinträchtigung der Aufnahmen, durch das ausgeatmete CO2 der Tänzer.
Und weiter? Wo bleibt der alles entscheidende Reemissions-Versuch?
;-)
Wetterfrosch
Donnerstag, 26 Februar, 2009 um 19:11
Ich habe mal versucht, an einem konstant beheizten Labortreibhaus mit IR-durchlässigem Kochsalzfenster und unterschiedlichen Gasfüllungen(Luft, CO2, Argon) einen gasspezifischen Temperatureffekt herauszupräparieren, in dem sich die interessierenden Strahlungsphänomene letztlich niederschlagen sollten. Wenn man die Wärmeleitfähikeiten der Gase berücksichtigt, bleibt für das CO2 im Vergleich zum ähnlich schlecht wärmeleitenden Argon nicht viel Wirkung übrig. Die detaillierte Arbeit steht unter:
http://www.schmanck.de/Klimadeutsch.html -
Ehrenfried Loock
Der Treibhauseffekt
Messungen an einem Wood’schen Treibhaus
paulchen
Donnerstag, 26 Februar, 2009 um 22:49
Das mit der Sättigung ist kein glücklicher Bergriff. Ich würde das Ganze eher mit einem Heizgerät vergleichen, in dem konstant Energie (Sonneneinstrahlung)zugeführt wird, und das die Energie ausschließlich über Strahlung wieder abgibt. Erhöht man den Widerstand für den Strahlungstransport nach draußen, muss die Temperatur des Heizkörpers ansteigen, damit im Gleichgewicht die gleiche Strahlungsleistung über den erhöhten Strahlungswiderstand abgeführt wird. Aus dem Weltraum gesehen wird auch bei auch bei 15um noch Strahlung von der Erde abgegeben, die mit Erhöhung der CO2-Konzentration auch noch weiter absinken kann. Als Ausgleich dafür muss mit erhöhter Erdtemperatur mehr Strahlung durch die offenen Bereiche getrieben werden. Dumm ist nur, dass die Veränderungen im Abstrahlspektrum so marginal sind, dass sie im Rauschen von Wasserdampf und Wolken noch nicht sichtbar sind. Die empirische Bestätigung der Hypothese wird also noch weiter auf sich warten lassen.
CK42
Freitag, 27 Februar, 2009 um 07:20
@ Wetterfrosch
In der Tat gibt es schon den “alles entscheidende Reemissions-Versuch”.
http://uploader.wuerzburg.de/mm-physik/klima/artefact.htm
Warum im oben beschriebenen Versuch so unrealistische Versuchsbedingungen angesetzt werden mussten, hat das nicht einen schlechten Beigeschmack? Sollte es nicht einfach sein, den Treibhauseffekt per CO2 experimentell zu beweisen?
mfg iwg
iwg
Freitag, 27 Februar, 2009 um 11:20
Wo wir gerade beim berühmt berüchtigten CO 2 sind: vielleicht erklärt mir mal einer, warum bei den beiden Umwelt-Stationen Linden & Wasserkuppe , jenes so ganz und gar nicht mit der Temperatur korrelieren will!???
(In der Seitenleiste links die Station wählen –> rechts CO 2 & Temperatur einstellen –> unten rechts den gewünschten Zeitraum wählen)
Die Station Linden verzeichnet ab dem 09.04.2002 und die Wasserkuppe ab 21.11.2001 beide Kurven. Für die Stationen kann man ca. 700 mg/m3 CO2 als „Grundlast“ ansehen, wobei sich allerdings die Temperatur wenig davon beeindrucken läßt; ebenso wie von solchen Ausreißern(Linden) mit bis zu 1.300 mg/m3 (z.B.11./16.05.2002 oder der Monat 01.2009!!!).
mfg
Zyniker
Freitag, 27 Februar, 2009 um 12:34
@#4
Die Emission wird zwar bei Heinz Hug angesprochen, aber nicht gemessen. Was mir in dieser Richtung über den Weg gelaufen ist, sind Rechnungen mit zum Teil aberwitzigen Ergebnissen – http://freenet-homepage.de/klima/gegenstrahlung.htm -. Es müßte doch möglich sein, eine 15µm-Strahlungsquelle durch ein Gasvolumen auf einen Festkörper zu richten und dessen Temperatur mit und ohne Strahlung zu messen. Mir ist allerdings auch klar, daß die 15µm-Strahlung einem schwarzen Strahler von ca. -80°C entspricht. Unklar ist mir dabei allerdings, wie man damit einen z.B. 15°C warmen Körper am Abkühlen hindern will. Gott sei Dank haben wir aber die Klimamodellierer, die uns alles erklären. Wozu brauchen wir da Messwerte. Der Kerzenexperimentator hätte meinen Beifall gefunden, wenn er es geschafft hätte, die Temperatur der Kerzenflamme in Abhängigkeit von der Gasfüllung im Rohr zu messen.
paulchen
Sonntag, 1 März, 2009 um 11:44
Das Experiment beweist nur, dass es IR-Spektroskopie und Absorption gibt, nicht aber, ob die Energiemengen auch ausreichen, die Erde zu erwärmen.
Frage: Um wieviel grad erwärmt sich die Atmosphäre, wenn man den C02-gehalt verdoppelt? Rechnerisch?
Im Experiment: hier kann ich die Anwort geben, weil ich den Versuch unter den verschiedensten Bedingungen ausprobiert habe: Überhaupt nicht. Also: C02 ist so ein schwaches Treibhausgas, dass bei einer verdopplung keine Temperaturerhöhung entsteht.
JoKo
Mittwoch, 21 Oktober, 2009 um 14:23
Leider ist der Name “Treibhauseffekt” sehr unglücklich gewählt und gibt zu viel Verwirrung Anlass: Ein Treibhaus und die Erderwärmung fussen auf ganz unterschiedlichen Mechanismen und doch sind beide real. Ein Treibhaus oder ein Auto werden warm, weil heisse Luft eingesperrt wird. Das sichtbare Licht tritt durch das Glas ein, und wird von Boden, Polstern etc. absorbiert. Diese Festkörper erwärmen sich. Diese Wärme wird auf die Luft übertragen. (Kinetische Energie der Bausteine des Festkörpers überträgt sich durch Stoss auf die Moleküle und Atome der Luft). Die erwärmte Luft kann aber aus Auto und Glashaus nicht entweichen –> Temperatur steigt. Der ausgezeichnete Experimentalphysiker Wood hat schon vor weit über 100 Jahren gezeigt, dass dabei die IR-Strahlung eine untergeordnete Rolle spielt, indem er die Temperatur in einem Treibhausmodell mit IR-absorbierendem Glasfenster mit der Temperatur eines Treibhausmodells mit IR-durchlassigem Kochsalzfenster verglich: Die Temperaturen bei gleicher Sonneneinstrahlung waren fast gleich hoch. Wenn man bei einem heissen Auto die Türe öffnet, kühlt es sich schneller ab als sês sich durch die Sonneneinstrahlung aufgeheizt hat. In diesem Fall ist eben die Konvektion für die Wärmeabgabe wichtig und nicht die Strahlung.
Ganz anders die Erd-Erwärmung durch CO2: Hier wird die Erde durch Strahlung erwärmt. Aber im Gegensatz zum Treibhaus sind Erde und Atmosphäre ein gekoppeltes System. Und dieses gekoppelte System kann Wärme ausschliesslich durch Strahlung and das Weltall abgeben. Wenn der erwärmte Boden IR abstrahlt, kann dieses ohne Atmosphäre einfach ins Weltall abgestrahlt werden. Ebenso bei einer nicht IR-absorbierenden Atmosphäre. Liegt aber eine IR-absorbierende Atmosphäre vor, wird das absorbierte IR in alle Richtungen abgestrahlt. Damit sinkt die Effizienz der Abstrahlung ins Weltall. Damit wird der Steady-State-Zustand (Gesamte Einstrahlung = Gesamte Abstrahlung) bei einer höheren Temperatur erreicht.
===> Erderwärmung.
Die grosse Verwirrung kommt zu Stande weil die Leute nicht zwischen der behinderten Konvektion im Glashaus und der behinderten Abstrahlung bei der Erderwärmung unterscheiden.
Harzi
Freitag, 25 Februar, 2011 um 11:23
Augenfällig ist doch, daß der “Treibhauseffekt” von Wasserdampf etwa gleich hoch ist, wie der von CO2. Der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre insgesamt ist vom Menschen praktisch nicht beeinflußbar. In großer Höhe jedoch beträchtlich (durch Flugzeuge) und somit wahrscheinlich stärker Klima wirksam als CO2. Zurück zum CO2: Wenn dieses nur etwa 40% (Wasserdampf ebenfalls 40% und übrige Gase 10%) ausmachen geht die Rechnung wie folgt weiter: von den 40 % CO2-Klimawirkung sind nur 10% menschengemacht; ergibt 4%. Wenn wir davon mit größter Anstrengung 10 % reduzieren könnten liegt die Beinflußbarkeit bei 0,4 %. Nach oben (mehr CO2-Ausstoß) gilt natürlich das gleiche d.h. eigentlich garnichts vor allem mit dem nicht beeinflußbarem Wert von Wasserdampf. Salopp gesagt: CO2-Debatte: alles nur heiße Luft. Über E-Mail Antworten würde ich mich freuen.
Ronald Schlimm
Samstag, 5 November, 2011 um 19:31
In der Versuchsbeschreibung oben steht u.a.: …”Die Flamme geht von einer rötlich-gelben Färbung in eine grünlich-blaue Färbung über. Damit ist die CO2 Absorption der Wärmestrahlung belegt….”
Das ist eine falsche Schlussfolgerung. C02 absorbiert hauptsächlich im 15 Mikrometer-Bereich und die Kerze sendet diese kalten Lichtwellen nicht aus. Die Absorption erfolgt in diesem Versuch vorwiegend durch Wassermoleküle.
Grund: C02 ist hygroskopisch und 100% C02 führt stets Wasserdampf mit sich. Die Absorption und die Farbänderung nach grün-blau erfolgt also durch die H20-Moleküle genauso wie auch das Meer die Sonnenstrahlen grünblau färbt.
J.Ko.
Mittwoch, 30 November, 2011 um 19:51
Hervorragende Betrachtung! Gratulation, aber…!
Interessieren sich unsere Regierenden dafür?
Wohl kaum! Und da liegt der Hase im Pfeffer.
Auf dieser “klimakatastrophenskeptiker” Webseite empört man sich über Herrn Rahmstorf, der seine Daten so aufbereitet, dass sie seine Hypothese unterstützen! Hallo! Jemand zu Hause? So arbeiten alle Wissenschaftler! Ausnahmslos und das ist völlig in Ordnung. Es gibt immer Messwerte, Ergebnisse, Postulate usw., die von der eigenen Vorstellung abweichen. Die werden “nicht berücksichtigt”! Ende!
Was ich allerdings nicht verstehe: Es befinden sich doch, wo auch immer man auf diesem Planeten ist, immer mindestens 15000ppm Wasser in der Atmosphäre, zumeist sogar viel mehr und wir philosophieren über ein Spurengas, dass sich zwischen 300-400ppm hin und her bewegt!!!
Absorption ist abhängig von den vorhanden Absorptionsbanden eines Moleküls, aber auch von der Konzentration. Steht in jedem Buch der physikalischen Chemie. Deswegen ist der Effekt von CO2 meiner Meinung nach nicht 50% von Wasser sondern irgendwas zwischen 2 und 0,1%.
Leider ist die CO2 Debatte eben keine heiße Luft! Sie beeinflusst unser Leben auf das empfindlichste!
Rahmstorf und seine Kumpel, gefolgt von einer Unzahl Wissenschaftler ohne Eier in der Hose haben die Meinung der Mehrheit auf ihrer Seite, dagegen zu kämpfen war auch in der Vergangenheit immer schon sehr schwer. Nehmen wir Galileo als das beste Beispiel aber auch aus der näheren Vergangenheit, gibt es haufenweise Beweise für meine Behauptung. Alfred Wegener wurde Zeit seines Lebens von der gesamten wissenschaftlichen Welt verlacht, weil er behauptete, die Kontinente wären nicht starr, sondern würden sich bewegen.
Ähnlich geht es bei der CO2 Erwärmung: wehe dem, der sich erhebt! Er macht sich lächerlich, wird seiner wissenschaftlichen Seriösität beraubt und als Watschenmann in die Öffentlichkeit gezogen. Dazu haben die meisten seriösen Wissenschaftler keine Lust, also darf Herr Rahmstorf weiter quatschen und sein Institut wird weiter von der Müncher Rück finanziert, die ja überhaupt kein Interesse an Klimakatastrophen Szenarien hat.
Ich würde empfehlen, sich nicht mit diesem albernen CO2 beschäftigen, sondern die Lächerlichkeit dieser Klimamodelle deutlich zu machen. Da wollen Leute etwas so megakomplexes wie das Klima über hunderte von Jahren vorher sagen und sie können nicht mal das Wetter innerhalb von 24h verlässlich postulieren. Wenn jemand behaupten würde, er könne die Börse vorhersagen, wird er sofort in die Schublade “Spinner” oder “Schwätzer” einsortiert, aber Leute die Klimamodelle mit 30 Parametern rechnen, obwohl die Realität 30 Millionen Parameter hat, die werden ernst genommen (hier postuliere ich mal).
Leider hat die CO2 Sackgasse dazu geführt, dass die Atomindustrie wieder aus ihren Löchern gekrochen ist und es weiterhin tut, denn Kernkraft ist ja so sauber, wir wissen nur nicht wohin mit dem strahlenden, tödlichen Abfall! Man höre nur, was der EU Energiekommissar Oettinger heute wieder verzapft hat. Gruselig!
Genauso haben wir uns kaum mit dem Problem der Überbevölkerung und der damit verbundenen Ausbreitung der Menschheit in die grünen Lungen dieses Planeten beschäftigt (abholzen), denn CO2 die Schuld zu geben, ist viel einfacher.
Was wollte ich eigentlich sagen? Nun, mit ernsthafter und nicht von Lobby beeinflusster Wissenschaft kommt man bei der CO2 Geschichte nicht weiter. Erst wenn entscheidende Politiker und Prominente öffentlich die CO2 Lehre in Frage stellen, wird auch dieser “Hoax” in der Zeitgeschichte verschwinden.
Die ersten, die dann niemals etwas von Erderwärmung durch CO2 gesagt haben und jetzt aber wirklich vollkommen falsch interpretiert werden sind die Herren Rahmstorf, Latif und Pachauri!
So treiben wir die Darwin`sche negative Rückkoppelung voran und latschen auf den Moment zu, an dem wir das lebensfreundliche Gleichgewicht der Erde so dermaßen strapazieren, dass sie genau dieses verlässt, um sich des lästigen Wesens Mensch mit den Mitteln der Evolution zu entledigen.
G. Schwetlik
Donnerstag, 15 Dezember, 2011 um 14:07
“hinter einer verschlossenen Glasröhre” –
Hinter oder in einer Röhre ?
Da ist viel Geschreibsel in klischeehaften Worten – “Treibhaus” ist ein Raum mit festen Wänden (Glas) usw………..
Das ist totaler Blödsinn, der Nachweis mit der Kerze, genauso wie das mit der Kamera in der Disco.
Vergleich doch einmal die Infrarotabsorbtionen der verschiedenen Luftkomponenten, das würde schon etwas mehr dazu führen, zu erkennen, dass die Welt and einen Mythos “glaubt”, an den sogenannten Treibhaus-Klimawandel.
Ist doch die Dummjheit und Naivität der Massen unendlich…………………..
Johannes
Sonntag, 29 Januar, 2012 um 22:13
CO2Betrug so kann man es nennen. Auch Gase strahlen, mit Ihrer Wellenlänge. Das heist 2Atomige Gase strahlen NICHT, sehr wohl aber der Wassersdampf und das CO2 auch – Absorption und Emission sind IMMER gleich. Grünes Gefasel Klimabetrüger.
Leenders
Freitag, 19 Oktober, 2012 um 10:38
@Leenders: Die Absorption thermischer Strahlung nimmt von einer Richtung auf (kommt v.a. von der Erde). Die Emission geht in beide Richtungen, also zur Hälfte zurück zur Erde. Daher ist das Gas im Gleichgewicht kälter als die Erde – oder anders gesagt, die Erde wärmer als das Gas.
Das ist übrigens das einfachste 2-Schicht-Modell. Nicht exakt, zeigt aber bereits einen Treibhauseffekt.
Arne Babenhauserheide
Donnerstag, 29 November, 2012 um 17:36