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Ein Umweltphysiker im Klimawandel

Die fiktive Theorie zum Treibhauseffekt

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1. Annahme: Die Einstrahlungsenergie der Sonne, gemittelt über die variierenden Abstände zur Sonne (Perihel 147, Aphel 152, Mittel 149,6 Mio. km), außerhalb der Atmosphäre bei senkrechtem Einfall über alle Wellenlängen gemessen, beträgt:

F = 1368 W/m2 ± 0,1 % (vor 330 Jahren war der Wert um -0,25 % geringer).

2. Annahme: Die Sonne bestrahlt immer nur im zeitlichen Mittel eine Kreisfläche (Erdquerschnitt), ein Viertel der gesamten Erdoberfläche, also nur π · R2. Die Erde strahlt immer mit ihrer gesamten Oberfläche 4 · π · R2 Wärme in den Weltraum. R = Erdradius.

3. Annahme: Der Erdboden, die Ozeane, Seen, Eisflächen, Vegetation und die Atmosphäre absorbieren und reflektieren die kurzwellige Sonnenstrahlung. Den reflektierten Anteil nennt man die Albedo (zu messen bei senkrechtem Einfall). Die globale Albedo der Erde ist A > 0,3; der absorbierte Anteil ist (1 – A) < 0,7. Die mittlere Albedo soll vom Äquator bis zu den Polen für die Gesamtfläche der Erde gelten, eine Fiktion.

4. Annahme: Die Erde strahlt mit ihrer Oberfläche näherungsweise gemäß dem Stefan-Boltzmannschen Gesetz (entsprechend einem schwarzen Körper) mit ihrer mittleren Temperatur T die absorbierte Sonnenenergie als langwellige Wärmestrahlung E in den Weltraum:

E = 4 · π · R2 · ε · σ · T4

mit σ = 5,67·10-8 W/m2K4 (Stefan-Boltzmann-Konstante)

und ε = 1 (Emissionsgrad eines idealen Schwarzen Körpers)

Die mittlere Temperatur soll vom Äquator bis zu den Polen für die Gesamtfläche der Erde gelten, eine Fiktion.

5. Annahme: Im stationären Zustand muss die absorbierte Energie π · R2 · (1-A) · F gleich der emittierten (abgestrahlten) sein, also

π · R2 · (1-A) · F = 4 · π · R2 · ε · σ · T4
T = [((1-A) · F) / (4 ·
ε · σ)]1/4

Mit den schon genannten Daten für A, F, σ und ε errechnet man eine fiktive mittlere Oberflächentemperatur von T = 255 K oder -18°C, wobei man für A zwar die Albedo der Oberfläche und der Atmosphäre mit ihren Wolken und Treibhausgasen eingesetzt hat, T aber als Oberflächentemperatur mit einer fiktiven Atmosphäre ohne Treibhauseffekt und ohne Kreislauf des Wassers betrachtet.

6. Annahme: Die meteorologische, bodennahe, global gemessene und gemittelte Temperatur Tmess der Erde beträgt 15°C bzw. Tmess = 288 K. (Dieses ist der Mittelwert der gemessenen Globaltemperaturen zwischen 1961-1990, mit überdurchschnittlich großen Landanteil und unterdurchschnittlich großen Seeanteil an den Messungen. Dieser Wert wird als willkürlicher Bezugswert angesetzt).

7. Annahme: Aus (5) und (6) ergibt sich eine Temperaturdifferenz Tmess – T = 33 K bzw. °C. Das ist der beeindruckende fiktive natürliche Treibhauseffekt.

8. Annahme: Die Hauptbestandteile der Luft (99%) N2 und O2 absorbieren keine Strahlung. Mit der Annahme, dass andere Klimafaktoren nicht existieren, werden die infrarotaktiven Spurengase H2O, CO2, CH4, N2O, O3 u. a. m., die Treibhausgase, für die volle Temperaturdifferenz verantwortlich gemacht, für den fiktiven Treibhauseffekt von 33°C. [Quellen: Siehe u.a. Heinrich Röck, Wohin ändert sich das Klima]

Die Schwächen der Theorie: Die Erde entspricht nicht einem idealen „Schwarzen Körper“ mit Emissionsgrad von = 1, sondern eher einem „Grauen Körper“ mit Emissionsgrad < 1. Rechnet man beispielsweise mit einem Emissionsgrad von 0,9, so erhält man eine Globaltemperatur von ca. –12°C ohne treibhausaktive Gase. Damit würde sich der sog. „natürliche Treibhauseffekt“ von 33°C auf 27°C reduzieren. Also um nahezu 20%. Selbst wenn man den maximalen Emissionsgrad von Wasser und Eis von 0,98 für die komplette Erde mit Landteil ansetzt erhält man für den „natürlichen Treibhauseffekt“ nur einen Wert von 32°C. Also 1°C weniger als die Theorie her gibt.

 

Gleichermaßen verhält es sich mit der Albedo. Die globale Albedo der Erde ist A > 0,3; der absorbierte Anteil ist (1 – A) < 0,7. Die mittlere Albedo soll vom Äquator bis zu den Polen für die Gesamtfläche der Erde gelten, eine Fiktion. Die Oberflächenbeschaffenheit eines Himmelskörpers bestimmt seine Albedo. Beispiele: Die schwefelhaltige Gasatmosphäre der Venus strahlt viel mehr Licht zurück als die basaltartige Oberfläche des Mondes. Venus besitzt daher mit einer mittleren sphärischen Albedo von ca. 0,7 ein sehr hohes, der Mond mit durchschnittlich ca. 0,1 ein sehr geringes Rückstrahlvermögen. Die Erde hat eine mittlere sphärische Albedo von ca. 0,3. Der höchste bisher gemessene Wert fällt mit 0,99 auf den Saturnmond Enceladus und der niedrigste Mittelwert wurde mit nur 0,03 am Kometen Borrelly festgestellt. Veränderungen in der Wolkenbedeckung, der Eisbedeckung, der Flächenausdehnung der Ozeane und des Oberflächenbewuchses, etc. haben somit einen direkten Einfluss auf die Albedo der Erde. Auch jahreszeitliche Schwankungen treten auf. Dieser Wert ist also nicht konstant, sondern stetigen Schwankungen unterlegen. Die folgende Abbildung zeigt die zeitlichen Veränderungen.

 

 

Bis 1997 sieht man eine deutliche Abnahme, parallel zum Global Warming. Seit 2001 steigt die globale Albedo wieder an, parallel zum derzeitigen Abkühlungstrend. Die Daten stammen aus Direktmessungen (die blauen Linien) und einer Rekonstruktion aus Wolkendaten von Satelliten (die schwarze Linie). Die angegebenen Werte sind aufgrund von saisonalen Schwankungen mit breiten Fehlerbalken behaftet. Wolken haben das größte Potential für kurzfristige Veränderungen.

Fazit: Abweichungen von einem Emissionsgrad von =1 und einem Albedo von =0,3, führen zu einem natürlichen Treibhauseffekt der über, oder unter dem fiktiven Wert von 33°C liegt. Dieses veranschaulicht die nachfolgende Abbildung. Oben wird die Albedo bei 0,3 festgehalten und der Emissionsgrad von 0,8 auf 1 durchgefahren. In der Mitte wird der Emissionsgrad bei 1 festgehalten und die Albedo von 0,2 auf 0,4 durchgefahren. Unten wird dann gezeigt, wie sich der natürliche Treibhauseffekt in Abhängigkeit von Emissionsgrad und Albedo verändert. Geringfügige Änderungen bewirken erhebliche Abweichungen von den fiktiven 33°C.

Emissionsgrad-Albedo-NatTHE
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Written by admin

Dienstag, 1 April, 2008 um 16:03

Veröffentlicht in Klimawandel, Nicht kategorisiert

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