Atmosphäre ohne Treibhausgase

Durch das Verschieben und Umbenennen dieses Strangs, stimmen alle Links auf diesen Beitrag nicht mehr:

hmpf schrieb:

Da im Internet oft Berechnungen zu adiabatischen Temperaturgradienten zu finden sind, glauben viele,
dass dieser Temperaturgradient (engl. lapse rate) sich von selbst in der Atmosphäre einstellen würde.
Das stimmt natürlich nicht. Um einen Temperaturgradienten verschieden von 0 zu erzeugen, braucht es 
sowohl eine Wärmequelle (z.B. den Erdboden) als auch eine Wärmesenke (die Treibhausgase).
Fehlt eines von beiden, ergibt sich, nach Auffüllen der Wärmekapazitäten der beteiligten Stoffe, stets ein
Temperaturgradient von 0.
Dies wird - etwas versteckt - in diesem Wiki beschrieben:
en.wikipedia.org/wiki/Lapse_rate

The presence of greenhouse gases on a planet causes radiative cooling of the air,
which leads to the formation of a non-zero lapse rate.

D.h.: ohne Treibhausgase wäre die Atmosphäre überall genauso warm wie der Erdboden.
Im gleichen Dokument findet man auch die Bedeutung des „adiabatischen“ Temperaturgradienten:

When the environmental lapse rate is less than the adiabatic lapse rate
the atmosphere is stable and convection will not occur.[13]: 63

D.h.: dieser errechnete Wert zeigt, ob die aktuelle Atmosphäre durch Konvektion instabil wird.
Mehr sagt der errechnete adiabatische Temperaturgradient nicht aus.
Er stellt allerdings auch eine Grenze dar, denn die beim Überschreiten des adiabatischen
Temperaturgradienten einsetzende Konvektion, vergrößert die statische Wärmeleitfähigkeit der Luft
und behindert somit ein weiteres Ansteigen des natürlichen Temperaturgradienten in der Atmosphäre.
Die Werte des adiabatischen Temperaturgradienten liegen zwischen 9,8 bei sehr trockener Luft und etwa
4 K°/km bei sehr feuchter Luft.
Wie gesagt, ohne Treibhausgase läge der reale Temperaturgradient stets bei ca. 0 K°/km.


 

Also nochmal für die etwas Langsameren hier:
Luft kühlt sich beim Aufstieg zwar ab, jedoch ist dies kein Grund für die Temperaturabnahme
mit der Höhe in der Atmosphäre.
Man stelle sich eine isotherme Atmosphäre vor, bei der es in jeder Höhe gleich warm ist.
Warum sollte da ein Luftpaket aufsteigen?
Wenn ein Luftpaket aufsteigt, dann wurde es von unten vom Erdboden, welcher sich durch die stärker
werdende Sonneneinstrahlung z.B. am Morgen erhitzt hat, erwärmt.
Dieses Luftpaket steigt aber nur solange auf, wie es wärmer als die Umgebungsluft ist.
Somit hat diese adiabatische Abkühlung des Luftpakets insgesamt weder das Luftpaket selbst noch
die Umgebungsluft abgekühlt.
Hat es jetzt geklingelt, dass Luftströmungen keine Wärmesenke darstellen können und deshalb nicht die
Ursache für die Temperaturabnahme mit der Höhe in der Troposphäre sein können?
 

Für die User, die mit dem Begriff der „kühlenden Wirkung“ der Treibhausgase nichts anfangen können:
Da die Erde vom Vakuum des Weltraums umgeben ist, muss sie sämtliche von der Sonne empfangene
Strahlung plus die Wärme, die in ihrem Inneren durch Kernspaltung entsteht, exakt wieder in den Weltraum
abstrahlen. Wenn sie etwas weniger abstrahlt, heizt sie sich auf.
Treibhausgase absorbieren Teile der Strahlung, die der Erdboden im Bereich von 4 bis 50 µm abstrahlt:

Wie man sieht, absorbieren hauptsachlich die Treibhausgase H2O und CO2 alle Strahlung außerhalb des blauen
Atmosphärischen Fensters (8 bis 13 µm).
Die Erde muss also, die von der Sonne empfangene Strahlung plus Wärme aus dem Erdinneren nun durch den
kleineren Spektralbereich 8 bis 13 µm abstrahlen. Das kann sie nur, indem sie ihre Temperatur anwachsen lässt.
Es gibt Berechnungen, die behaupten, dazu müsste sich die Erde um 33 C° erwärmen. Wir hätten also ohne
Treibhausgase statt der heutigen mittleren 15 °C eine mittlere Oberflächentemperatur von -18 °C auf der Erde.

Nun bei dieser Berechnung wurde unterschlagen, dass jede Materie auf den Wellenlängen, auf denen sie
absorbiert auch Strahlung emittiert. Das sieht man schön auf Satellitenspektren oder diesem Ballonspektrum:

Die Strahlung außerhalb des Atmosphärischen Fensters (8 – 13 µm) stammt von den Treibhausgasen H20 und CO2.
Die Absorption außerhalb des blauen Atmosphärischen Fensters (Abb. 1) erfolgt zu über 99 % auf dem
untersten Kilometer in der Atmosphäre. Da die Treibhausgase z.T. recht gut in der Atmosphäre verteilt sind,
strahlen sie aus nahezu allen Höhenbereichen. Da sie ihre Strahlung jedoch auch wieder genauso absorbieren
wie die Strahlung des Erdbodens, erreichen nur Photonen, welche oberhalb von ca. 4 km emittiert wurden,
den Weltraum. Nur diese Photonen entziehen den oberen Schichten der Atmosphäre Wärme und kühlen diese somit.
Dies sorgt für den Temperaturabfall mit der Höhe in der Atmosphäre – sonst nichts.

 

hmpf schrieb:

Es gibt Berechnungen, die behaupten, dazu müsste sich die Erde um 33 C° erwärmen. Wir hätten also ohne
Treibhausgase statt der heutigen mittleren 15 °C eine mittlere Oberflächentemperatur von -18 °C auf der Erde.

Nun bei dieser Berechnung wurde unterschlagen, dass jede Materie auf den Wellenlängen, auf denen sie
absorbiert auch Strahlung emittiert.

Das wurde und wird nicht unterschlagen. Dass Treibhausgase in der Atmosphäre Strahlung sowohl absorbieren als auch emittieren ist die bekannte Ursache für den Treibhauseffekt.

In diesem Paper von 1972 ist ab S.52 genau beschrieben, wie das Strahlungsgleichgewicht der Atmosphäre mit Absorbtion/Emission der Treibhausgase modelliert werden kann: Die Atmosphäre wird in verschiedene Schichten unterteilt, von denen jede gerade so viel Strahlung absorbiert, wie sie auch wieder emittiert.

hmpf schrieb:

Dies [Strahlung] sorgt für den Temperaturabfall mit der Höhe in der Atmosphäre – sonst nichts.

Unter deiner Annahme, dass ausschließlich Strahlung den Temperaturverlauf bestimmt und sonst nichts, ergibt sich rechnerisch die weiße Temperaturkurve:
 

In: Richard M. Goody; James C.G. Walker (1972): "Atmospheric Temperatures" S.59

Tatsächlich gemessen wird aber die gestrichelte schwarze Linie.
Damit ist deine Behauptung empirisch widerlegt, Zitat von S. 60 ebd. (Hervorhebung von mir):

We see that the theoretical model is quite successful at altitudes above 10 km but that there are substantial deviations throughout the troposphere. Our theory is inadequate because radiation is not the only process that carries heat upward from the ground and from the lower levels of the troposphere.

Unnötig zu erwähnen, dass "heat" hier physikalische Wärme (Energie) bedeutet und nicht Hitze bzw. hohe Temperatur. Es wird ja keine Hitze zur Tropopause transportiert.

Steinzeit-Astronom schrieb:

...
Tatsächlich gemessen wird aber die gestrichelte schwarze Linie.
Damit ist deine Behauptung empirisch widerlegt, Zitat von S. 60 ebd. (Hervorhebung von mir): ...

Blöd nur, dass die Messung von 1972 wohl sehr fehlerhaft war. 33 Jahre später und heute sehen die
Messungen des Temperaturverlaufs anders aus:

Übrigens, haben Sie überhaupt meine Erläuterung kapiert, dass Luftströmungen keine Wärmesenke in der
Atmosphäre erzeugen können und somit auch keine dauerhaften Temperaturdifferenzen aufrechterhalten können?
Oder hätten Sie ein Gegenargument?

 

hmpf schrieb:

Blöd nur, dass die Messung von 1972 wohl sehr fehlerhaft war. 33 Jahre später und heute sehen die
Messungen des Temperaturverlaufs anders aus

Unsinn. Der Verlauf ist in der Troposhpäre weitgehend linear, damals wie heute.
 

hmpf schrieb:

Übrigens, haben Sie überhaupt meine Erläuterung kapiert, dass Luftströmungen keine Wärmesenke [...]?
Oder hätten Sie ein Gegenargument?

Sicher habe ich das , schon mehrfach gebracht. Das Rumreiten auf Wärmequelle/Senke basiert auf einer falschen Auffassung vom 2. HS der Thermodynamik. Darauf gehe ich nicht weiter ein. Habe alles dazu gesagt.

Steinzeit-Astronom schrieb:

... Die Atmosphäre wird in verschiedene Schichten unterteilt, von denen jede gerade so viel Strahlung absorbiert, wie sie auch wieder emittiert. ...

Dies ist Unfug! So etwas wird von jedem Chemielaboranten täglich widerlegt.
Damit wollen die CO2-Theologen die Kühlung durch die Treibhausgase nur weg lügen.
Eine Re-Emission beim CO2 in der Atmosphäre wurde noch nie gemessen!
Stattdessen habe ich selbst und alle Chemielaboranten täglich mit diesen Störabsorptionen
in einem noch nicht evakuierten Laborspektrometer zu kämpfen:

Wenn es eine Re-Emission beim CO2 in der Atmosphäre gäbe, und die in 70 km Höhe gemessene Absorption
weniger als 50 % beträgt:

Dann dürften nach mehr als 1000-fach kürzerer Absorptionsweglänge im Laborspektrometer
nur noch weniger als 1 % Absorption zu sehen sein.
Zudem behaupten die CO2-Theologen damit ja, dass die in einer Schicht thermalisierten Photonen
wieder in die gleiche Richtung emittiert würden. Dies ist jedoch natürlich physikalischer Unfug.

 

Steinzeit-Astronom schrieb:

... Das Rumreiten auf Wärmequelle/Senke basiert auf einer falschen Auffassung vom 2. HS der Thermodynamik. ...

Dann erklären Sie einem Physiker auf Rente doch mal die „richtige“ Auffassung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik!
Genauso gut könnten Sie einer Hausfrau auch klar machen, dass die Herdplatte gar nicht wärmer als
der Topf sein muss, um das Wasser im Topf zu erhitzen.
Also wo in Ihren Zitaten (von vermutlich CO2-Theologen) wird eine Wärmesenke in der Atmosphäre überhaupt erwähnt?
 

hmpf schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

... Das Rumreiten auf Wärmequelle/Senke basiert auf einer falschen Auffassung vom 2. HS der Thermodynamik. ...

Dann erklären Sie einem Physiker auf Rente doch mal die „richtige“ Auffassung des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik!

 

Das habe ich schon mehrfach erklärt. Nochmal für anscheinend lernunwillige Rentner: 

Zur richtigen Auffassung kommt man nur, wenn man wie in der Mathematik den Definitionsbereich beachtet. Wärmequelle und -senke sind nur nötig für einen Temperaturunterschied durch Wärmefluss.

In der Atmosphäre gibt es Prozesse, welche die Temperatur ohne einen Wärmefluss ändern, namentlich die adiabatische Zustandsänderung. Wärmequelle und -senke sind dafür nicht nötig, nicht erforderlich, vollkommen irrelevant, weil kein Wärmefluss stattfindet.

Also wo in Ihren Zitaten (von vermutlich CO2-Theologen) wird eine Wärmesenke in der Atmosphäre überhaupt erwähnt?

Weiß nicht welche Zitate du meinst. Ich zitiere hauptsächlich zur adiabatischen Zustandsänderung. Da werden natürlich keine Wärmequellen und -senken erwähnt, weil sie nicht nötig, nicht erforderlich, vollkommen irrelevant sind, wenn kein Wärmefluss stattfindet.

Wo von Strahlung und Wärmeleitung die Rede ist, da ist es eh klar, wo die Wärmequellen und -senken sind. Da müssen die Begriffe nicht extra genannt werden.

Mehr sage ich dazu jetzt wirklich nicht mehr. Genug ist genug.

Steinzeit-Astronom schrieb:

...
In der Atmosphäre gibt es Prozesse, welche die Temperatur ohne einen Wärmefluss ändern, namentlich die adiabatische Zustandsänderung. Wärmequelle und -senke sind dafür nicht nötig, nicht erforderlich, vollkommen irrelevant, weil kein Wärmefluss stattfindet. ...

Nur im Vakuum gibt es Temperaturdifferenzen ohne Wärmefluss, denn die Wärmeleitfähigkeit des
Vakuums ist 0:

Wie man sieht, hat die Luft eine Wärmeleifähigkeit größer 0.
Also braucht es sowohl eine Wärmesenke wie auch eine Wärmequelle, um eine Temperaturdifferenz
darin aufrecht zu erhalten.
Fehlt eines von beiden, verschwindet auf Dauer jede Temperaturdifferenz – außer im Vakuum.

 

hmpf schrieb:

Nur im Vakuum gibt es Temperaturdifferenzen ohne Wärmefluss

Falsch. Die gibt es auch wenn Arbeit verrichtet wird. Und es gibt sie dauerhaft, wenn dauerhaft Arbeit verrichtet wird. Mit Vakuum hat das gar nichts zu tun. In der Erdatmosphäre aber mit Schwerkraft.

Steinzeit-Astronom schrieb:

hmpf schrieb:

Nur im Vakuum gibt es Temperaturdifferenzen ohne Wärmefluss
 

Falsch. Die gibt es auch wenn Arbeit verrichtet wird. Und es gibt sie dauerhaft, wenn dauerhaft Arbeit verrichtet wird. Mit Vakuum hat das gar nichts zu tun. In der Erdatmosphäre aber mit Schwerkraft.

Kindchen, wohin „verschwindet“ denn dann dauerhaft die Arbeit?
Wie sollte Luft dauerhaft aufsteigen ohne abzusteigen?
Dass wir nach Milliarden Jahren immer noch kein Vakuum am Erdboden haben, scheinen Sie zu ignorieren.
Was verstehen Sie an meinem Beitrag nicht?

hmpf schrieb:

Also nochmal für die etwas Langsameren hier:
Luft kühlt sich beim Aufstieg zwar ab, jedoch ist dies kein Grund für die Temperaturabnahme
mit der Höhe in der Atmosphäre.
Man stelle sich eine isotherme Atmosphäre vor, bei der es in jeder Höhe gleich warm ist.
Warum sollte da ein Luftpaket aufsteigen?
Wenn ein Luftpaket aufsteigt, dann wurde es von unten vom Erdboden, welcher sich durch die stärker
werdende Sonneneinstrahlung z.B. am Morgen erhitzt hat, erwärmt.
Dieses Luftpaket steigt aber nur solange auf, wie es wärmer als die Umgebungsluft ist.
Somit hat diese adiabatische Abkühlung des Luftpakets insgesamt weder das Luftpaket selbst noch
die Umgebungsluft abgekühlt.
Hat es jetzt geklingelt, dass Luftströmungen keine Wärmesenke darstellen können und deshalb nicht die
Ursache für die Temperaturabnahme mit der Höhe in der Troposphäre sein können?
 

hmpf schrieb:

Kindchen, wohin „verschwindet“ denn dann dauerhaft die Arbeit?

Als Rente auf dein Konto, Alterchen. Aber nur bis du dich auf Bodentemperatur abgekühlt hast.

Steinzeit-Astronom schrieb:

hmpf schrieb:

Kindchen, wohin „verschwindet“ denn dann dauerhaft die Arbeit?

Als Rente auf dein Konto, Alterchen. Aber nur bis du dich auf Bodentemperatur abgekühlt hast.

 

Warum schreiben Sie nicht einfach
Bahnhof?
Das würde Ihre Schulbildung genauso beschreiben und hier genauso stören.

 

Moderatoren Hinweis

Das Wichtigste im Forum ist gegenseitige Achtung und gegenseitiger Respekt. 

Dies gilt auch dann, wenn sich ein anderer Diskussionsteilnehmer vermeintlich im Irrtum befindet.

Daher meine dringende Aufforderung, Anreden wie Kindchen und ähnliche Respektlosigkeiten zu unterlassen.

Clauss schrieb:

Moderatoren Hinweis

Das Wichtigste im Forum ist gegenseitige Achtung und gegenseitiger Respekt. 

Dies gilt auch dann, wenn sich ein anderer Diskussionsteilnehmer vermeintlich im Irrtum befindet.

Daher meine dringende Aufforderung, Anreden wie Kindchen und ähnliche Respektlosigkeiten zu unterlassen.

Nachtrag, um Missverständnisse auszuschließen:

Als Moderator beurteile ich die Einhaltung unserer Netiquette, nicht aber die physikalische Qualität von Inhalten.

Also, dass vertikale Luftströmungen keine Kälte, sondern nur Wärme nach oben transportieren,
hat sogar schon der DWD erkannt:
www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/...here%20Luftschichten

Warme Luft steigt von unten auf, kühlt sich dabei ab und sinkt in der Höhe seitwärts wieder ab.
Dieser Prozess transportiert schnell und wirksam Wärme von der unteren Heizfläche in höhere Luftschichten.
Die Aufwärtsbewegung der Konvektionszelle, die in Form von einzelnen, in Bezug auf die Umgebungsluft
wärmeren bzw. weniger dichten Luftkörpern erfolgt, wird als Thermik bezeichnet.

 

@Steinzeit-Astronom

Du hast Gestern ein paar mal geschrieben das die innere Energie des heißen Gases in Epot umgewandelt wird.
Das ist so nicht ganz richtig!

Die Arbeit des Heißen Gases ist ausschließlich Volumenarbeit. !!!! AUSSCHLIEßLICH !!!!

Der Auftrieb geschieht durch den Druckgradienten der Umgebung, der durch die Gravitation verursacht wird.

Ausganspunkt ist ein DICHTE unterschied.
1. Dichteres Gas wird nach unten gezogen, wodurch das Weniger dichtere Gas nach oben gerückt wird.
2. Etwas höher ist der Druck bereits geringer, das heiße gas verrichtet Volumen Arbeit.
3. Das weiterhin nachstürzende Dichter Gas drückt das weniger Dichtere Gas weiter nach oben.
4. Wieder etwas höher ist der Druck noch geringer, das heiße gas verrichtet Volumen Arbeit.
u.s.w.

wenn wir das Gas daran hindern würden aufzusteigen, würde es die ganze zeit vor Ort Volumen Arbeit gegen den Druck leisten bist es sich angepasst hat.
da dieser Prozess sich aber nicht bewegt, wird dann dabei aber auch Wärme übertragen.

Bei einem Adiabatischen Prozess wird das Gas so schnell in die höhe gehoben das es gar nicht lange genug an einem Ort bleiben kann um ihn zu erwärmen.

Die Energie für das Anheben des Heißen Gases stammt aus der potenziellen Energie des kälteren, absinkenden Gases.

Wärme und Arbeit sind Makroskopische Effekte die Mikroskopische Ursache ist immer "Impulsübertragung durch Stoß".

FabsOtX schrieb:

...
Bei einem Adiabatischen Prozess wird das Gas so schnell in die höhe gehoben das es gar nicht lange genug an einem Ort bleiben kann um ihn zu erwärmen.
...

Soll das jetzt eine Begründung dafür sein, dass die Temperatur mit steigender Höhe in der Troposphäre abnimmt?
Dass aufsteigende Luft sich selbst dabei zwar abkühlt, aber letztlich Wärme nach oben transportiert,
hat ja bereits der DWD erkannt:
umwelt-wissenschaft.de/forum/naturwissen...gase?start=240#11013

 

hmpf schrieb:

 letztlich Wärme nach oben transportiert,

Daran gibt es natürlich keinen Zweifel.

Es gibt allerdings zwei Mechanismen, der eine ist die Konvektion gemäß Dichteunterschied und der andere ist die viel langsamere Wärmeleitung.
Es wäre schön, beides getennt zu behandeln, wie in allen Bereichen der Physik Effekte ohne sonstige Störungen betrachtet und modelliert werden.

Es ist natürlich klar, dass letztlich immer die Wärmeleitung "gewinnt", weil die Konvektion nicht "dagegen" sondern nur in einer Richtung parallel wirkt. Wenn die Konvektion endet kann die Wärmeleitung noch weiter Wärme nach oben transortieren, und einen der Konvektion entgegengesetzten Dichtegradienten aufbauen.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Falsch. Die gibt es auch wenn Arbeit verrichtet wird. Und es gibt sie dauerhaft, wenn dauerhaft Arbeit verrichtet wird. Mit Vakuum hat das gar nichts zu tun. In der Erdatmosphäre aber mit Schwerkraft.

Hast Du noch immer nicht verstanden, dass Deine "Arbeit" eine Umschreibung von etwas ist, wovon Du Dir offensichtlich keine Vorstellung machen willst?

Sobald Luft (in Bodennähe) erwärmt wird, dehnt sie sich aus, dabei wird Volumenarbeit geleistet. Das ERGEBNIS ist das größere Volumen, die geringere Dichte. Daher steigt diese Luft auf, hierbei wird weder "Arbeit" geleistet, noch "verschwindet" dabei Energie. Die vom Boden zugeführte Wärme wird also mittransportiert, denn Deine "Arbeit" ist Teil, dieses Luftpaketes, egal welches Volumen, Dichte oder Temperatur es nun hat.